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銀河系中發現十幾個超高能粒子加速器

[ 來源:新浪科技 | 作者:本站 | 發布時間:2021-06-07 | 瀏覽:221次 ]

隨著研究人員在我們的銀河系中發現了十幾個超強天然粒子加速器,我們距離解決這個已有百年歷史的宇宙奧秘又近了一步。這些發現可以幫助天文學家了解宇宙線的起源。宇宙線,即以接近光速的速度在太空中飛行的帶電粒子和原子核,同時也充滿著令人難以置信的能量。

根據NASA的說法,1912年發現的宇宙線,幾乎來自銀河系的每一個方向,然而科學家們還是沒有辦法確定這些宇宙線到底是如何達到它們的超快速度的。

西南交通大學的天體物理學家劉四明教授表示,許多研究人員懷疑,大質量恒星在超新星爆發時會拋射出宇宙線。他說,在這類事件中,“恒星在兩個月內釋放的能量,相當于恒星一生釋放的能量?!?

但是,劉四明說,即便像超新星爆發這樣強大的爆炸,能夠向宇宙線傳遞的能量依然不到1拍電子伏(或1千萬億電子伏)。而天文臺捕捉到的超高能宇宙線所攜帶的能量已然超過了1拍電子伏,并且到目前為止沒有人可以弄清楚這些宇宙線來自何方。

劉四明解釋說,尋找宇宙線的來源一直很困難,因為銀河系中大量的磁場會導致這些帶電實體行進軌跡發生偏轉。他補充說,這就意味著,地球上捕捉到的宇宙線,不會直接指向它的來源點。

但是,當宇宙線從發射源噴射而出的時候,它們會與周圍氣體相互作用,并生成帶有宇宙線十分之一能量的伽馬射線。伽馬射線不帶電,因此可以直線傳播,這便為研究人員提供了一種尋找它們來自何方的途徑。

為此,劉四明和同事們一起使用科技基礎設施“高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)”間接地觀察伽馬射線光,伽馬射線撞擊地球大氣層的時候,會產生大量粒子,為LHAASO的數千個探測器捕獲,這些粒子最終會擴散到近1平方公里的區域。

盡管數據僅來自一半的陣列運行,但這些數據仍足夠揭示出遍布銀河系中的十幾個宇宙線來源。由于能夠向亞原子粒子傳遞拍電子伏的能量,這些來源被稱為“拍電子伏特宇宙線加速器(PeVatron)”。這些加速器,要比地球上最大的粒子加速器大型強子對撞機(LHC),強大至少100倍。

該研究團隊還探測到了有史以來最高能的伽馬射線光子,其攜帶的能量達到了1.4拍電子伏。這些發現于5月17日發表在《自然》雜志上。

這次發現的拍電子伏特宇宙線加速器中還包含一些我們熟悉的天體,比如蟹狀星云。眾所周知,蟹狀星云中心是一顆死去的恒星殘骸,即脈沖星,這顆脈沖星或許就是宇宙線的加速器。不過,名單中還包括天鵝座內的一個非?;钴S的恒星形成區域,這片區域讓研究人員犯了難,弄不清楚到底是其中的哪個物體釋放出如此強大的粒子。

劉四明解釋說,LHAASO只能定位到幾十或者幾百光年內的PeVatron源,所以目前依然很難確切地知道每個區域中到底是哪個物體導致了粒子加速。

即便如此,德國馬克斯·普朗克物理學研究所的天體粒子物理學家雷明克·米爾佐揚表示:“這是我們邁出的重要一步?!泵谞栕魮P繼續補充說,LHAASO馬上將比此前的同類望遠鏡大四倍,進而開啟超高能觀測的新時代。

米爾佐揚參與了另一項合作,該合作旨在在南半球建造一個相似的設施,以研究超高能宇宙線來源。他說,通過將來自該設施的信息,與觀測電磁波頻譜的望遠鏡和觀測中微子的望遠鏡提供的數據相結合,該領域的研究人員或許有望在未來十年內弄清楚這些神秘宇宙線的來源。

劉四明認為,未來,LHASSO和其他設施的觀測,有望幫助我們解答宇宙線達到如此驚人之速度和能量的奧秘。他說:“我們希望可以解決這個問題。這些天文臺為我們解答這個問題提供了可能性?!?