新浪科技 2021-06-07
随着研究人员在我们的银河系中发现了十几个超强天然粒子加速器，我们距离解决这个已有百年历史的宇宙奥秘又近了一步。这些发现可以帮助天文学家了解宇宙线的起源。宇宙线，即以接近光速的速度在太空中飞行的带电粒子和原子核，同时也充满着令人难以置信的能量。
根据NASA的说法，1912年发现的宇宙线，几乎来自银河系的每一个方向，然而科学家们还是没有办法确定这些宇宙线到底是如何达到它们的超快速度的。
西南交通大学的天体物理学家刘四明教授表示，许多研究人员怀疑，大质量恒星在超新星爆发时会抛射出宇宙线。他说，在这类事件中，“恒星在两个月内释放的能量，相当于恒星一生释放的能量。”
但是，刘四明说，即便像超新星爆发这样强大的爆炸，能够向宇宙线传递的能量依然不到1拍电子伏（或1千万亿电子伏）。而天文台捕捉到的超高能宇宙线所携带的能量已然超过了1拍电子伏，并且到目前为止没有人可以弄清楚这些宇宙线来自何方。
刘四明解释说，寻找宇宙线的来源一直很困难，因为银河系中大量的磁场会导致这些带电实体行进轨迹发生偏转。他补充说，这就意味着，地球上捕捉到的宇宙线，不会直接指向它的来源点。
但是，当宇宙线从发射源喷射而出的时候，它们会与周围气体相互作用，并生成带有宇宙线十分之一能量的伽马射线。伽马射线不带电，因此可以直线传播，这便为研究人员提供了一种寻找它们来自何方的途径。
为此，刘四明和同事们一起使用科技基础设施“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”间接地观察伽马射线光，伽马射线撞击地球大气层的时候，会产生大量粒子，为LHAASO的数千个探测器捕获，这些粒子最终会扩散到近1平方公里的区域。
尽管数据仅来自一半的阵列运行，但这些数据仍足够揭示出遍布银河系中的十几个宇宙线来源。由于能够向亚原子粒子传递拍电子伏的能量，这些来源被称为“拍电子伏特宇宙线加速器（PeVatron）”。这些加速器，要比地球上最大的粒子加速器大型强子对撞机（LHC），强大至少100倍。
该研究团队还探测到了有史以来最高能的伽马射线光子，其携带的能量达到了1.4拍电子伏。这些发现于5月17日发表在《自然》杂志上。
这次发现的拍电子伏特宇宙线加速器中还包含一些我们熟悉的天体，比如蟹状星云。众所周知，蟹状星云中心是一颗死去的恒星残骸，即脉冲星，这颗脉冲星或许就是宇宙线的加速器。不过，名单中还包括天鹅座内的一个非常活跃的恒星形成区域，这片区域让研究人员犯了难，弄不清楚到底是其中的哪个物体释放出如此强大的粒子。
刘四明解释说，LHAASO只能定位到几十或者几百光年内的PeVatron源，所以目前依然很难确切地知道每个区域中到底是哪个物体导致了粒子加速。
即便如此，德国马克斯·普朗克物理学研究所的天体粒子物理学家雷明克·米尔佐扬表示：“这是我们迈出的重要一步。”米尔佐扬继续补充说，LHAASO马上将比此前的同类望远镜大四倍，进而开启超高能观测的新时代。
米尔佐扬参与了另一项合作，该合作旨在在南半球建造一个相似的设施，以研究超高能宇宙线来源。他说，通过将来自该设施的信息，与观测电磁波频谱的望远镜和观测中微子的望远镜提供的数据相结合，该领域的研究人员或许有望在未来十年内弄清楚这些神秘宇宙线的来源。
刘四明认为，未来，LHASSO和其他设施的观测，有望帮助我们解答宇宙线达到如此惊人之速度和能量的奥秘。他说：“我们希望可以解决这个问题。这些天文台为我们解答这个问题提供了可能性。”
