气球上堆叠的薄饼胶片拍摄出迄今为止最精确的伽马射线光束照片

一张薄饼可以捕捉到吸管插入的位置，但要记录吸管的方向则需要一整叠薄饼。同样，神户大学的研究人员可以用气球上的一叠放射性感应胶片精确地拍摄到发射伽马射线的脉冲星（天空中的灯塔）。为了能够确定悬挂的吊船相对于恒星的方位，他们还增加了一个星空照相机和一个对伽马射线的撞击进行时间标记的装置。资料来源：神户大学

恒星以从红外线到伽马射线的全光谱范围向我们发光。对于每一个波段，都需要不同的传感设备。其中最具挑战性的是伽马射线，它因是核裂变的高能产物而闻名于世，因为它的波长非常短，这意味着它不会像其他形式的光那样与物质发生相互作用，因此无法用透镜偏转，也无法被标准传感器探测到。因此，我们在探测来自迷人的恒星物体（如超新星及其残余物）的光的能力上存在差距。

载有望远镜的吊篮从澳大利亚爱丽斯泉起飞。图片来源：GRAINE 合作项目

为了解决这个问题，神户大学天体物理学家青木茂树和他的团队将目光转向了最早用于探测放射性的材料--感光胶片。青木解释说："我们的研究小组一直在关注乳剂胶片在高精度追踪伽马射线方面的卓越能力，并提出通过引入一些现代数据捕获和分析功能，乳剂胶片可以成为一种出色的伽马射线望远镜。"

基于这些胶片的高灵敏度以及从胶片中提取数据的新颖、自动化、高速的过程，物理学家们的想法是将几张胶片堆叠起来，以准确捕捉伽马射线撞击时产生的粒子的轨迹，就像一张薄饼可能会捕捉到你将吸管戳进去的位置，但要记录吸管的方向则需要一整叠薄饼。

显影后的乳剂胶片切片。在整个平面上，可以看到伽马射线撞击产生的微粒的痕迹，如微小的灰点。资料来源：GRAINE 合作项目

为了减少大气干扰，他们随后将这堆胶片安装到一个科学观测气球上，将其升至 35 至 40 千米的高度。然而，由于气球在风中摇摆和扭曲，"望远镜"的方向并不稳定，因此他们增加了一组摄像机，随时记录吊船相对于星空的方位。

但这又产生了另一个问题，因为任何用长时间曝光拍摄过照片的人都知道，照相胶片无法记录时间的流逝，因此无法直接知道伽马射线撞击发生的时间。为了克服这个问题，他们让底层的三层胶片以固定但不同的速度来回移动，就像时钟的指针一样。根据这些底层胶片上痕迹的相对错位，他们就可以计算出撞击的精确时间，从而将其与摄像机拍摄的画面联系起来。

现在，他们在《天体物理学杂志》（TheAstrophysical Journal）上发表了这一装置产生的第一幅图像。这是迄今为止拍摄到的最精确的船帆座脉冲星图像。船帆座脉冲星是一颗快速旋转的中子星，它在夜间像灯塔一样向天空投射出一束伽马射线。"我们总共捕捉到了几万亿条轨迹，精确度达到 1/10000 毫米。通过添加时间信息并将其与姿态监测信息相结合，我们能够非常精确地确定事件发生的'时间'和'地点'，其分辨率是传统伽马射线望远镜的 40 多倍。

船帆座脉冲星的图像。图像的分辨率比以前高出 40 多倍：左下方的圆圈表示脉冲星的图像散布，以便与虚线圆圈表示的先前最佳伽马射线图像（另一个恒星天体）的图像散布进行比较。资料来源：GRAINE 合作小组

虽然这些结果已经令人印象深刻，但新技术为捕捉这一频段的光的更多细节提供了可能性。神户大学的研究人员解释说："通过科学气球实验，我们可以尝试为天体物理学的许多领域做出贡献，特别是将伽马射线望远镜应用于'多信使天文学'，在这种情况下，需要通过不同的技术对捕捉到的同一事件进行同步测量。在2018年气球实验成功产生数据的基础上，我们将在接下来的气球飞行中扩大观测区域和时间，并期待在伽马射线天文学领域取得科学突破。"

编译来源：ScitechDaily