射向地球的能量最大的宇宙射線來自我們星系之外
天文學家們終於解開了一個長期存在的關於宇宙射線起源的謎團，宇宙射線是一種高能粒子，在太空中不斷放大。半個世紀以來，科學家們一直無法確定我們宇宙中能量最大的射線來自何處。但由於十多年來對來自南美洲的宇宙射線的探測，天文學家已經證實這些超高能粒子來自我們星系之外。
太空充滿了宇宙射線——原子的微小碎片——所有這些都具有不同的能量。許多低能量或中等能量的粒子被認為來自我們的星系內部，很可能來自超新星，或者爆炸的恆星，當它們死亡時，會將高速粒子拋向太空。然後就是所謂的超高能宇宙射線：能量比地球上觀測到的任何粒子都大數百萬倍的粒子。這些型別的射線令人費解，主要是因為沒有人很確定是什麼導致粒子變得如此有活力。”內布拉斯加-林肯大學的物理學教授、這項研究的合作者之一格雷格-斯諾告訴《邊緣》雜誌說：“我們還不知道有什麼機制可以將粒子加速到我們觀察到的能量。”。
現在，由於《科學》雜誌今天詳細介紹了新的研究，天文學家們離得到答案更近了。國際天文學家花了12年時間在皮埃爾-奧格天文臺（Pierre-Auger observation）探測宇宙射線，這是阿根廷的一個專門設計用來在這些粒子到達地球並撞擊我們的大氣層時收集它們的設施。在觀察了3萬多個高能粒子後，研究人員繪製了它們在天空中的分佈圖。果然，他們發現這些粒子中的大部分似乎來自遠離銀河系中心的一部分天空。”密歇根理工大學（Michigan Tech University）物理學教授、該研究的另一位研究員大衛•尼茨（David Nitz）告訴《邊緣》（the Verge），這是它們並非來自我們星系的確鑿證據。
它仍然不能解釋是什麼產生了這些粒子，但這項研究確實為科學家指明瞭他們需要尋找的方向。這些光線似乎來自的那片天空中有一個巨大的星系團。目前尚不清楚究竟是哪些星系將這些高能粒子送入我們的軌道，但現在研究人員可以開始更多地瞭解宇宙的這個大區域。”特拉華大學（University of Delaware）的物理學教授、宇宙線研究員託馬斯•蓋瑟（Thomas Gaisser）表示：“我預測，既然這一結果已經得到證實，人們試圖將射線來自何處聯絡起來，那麼將會有一系列的論文發表。”。
搞清楚宇宙射線的起源正是皮埃爾·奧格天文臺建造的目的。該設施擁有1600個宇宙射線探測器，其面積達1200平方英里，所有探測器都在尋找這些粒子與大氣層混合時的蹤跡。當射線到達地球時，它們撞擊到地球周圍的氣體分子中，產生一大堆次級粒子，然後這些粒子也會與大氣層中的分子發生碰撞。這些結果被稱為“空氣簇射”，它們是由數十億個以光速“降雨”到地球錶面的小粒子組成的。
為了測量這些陣雨，天文臺使用了專門的水箱而不是望遠鏡。每當陣雨到達地面時，它們就會穿過探測器中的水，產生電磁衝擊波，產生奇怪的藍光。這種現象隨後被安裝在油箱上的光探測管檢測到。透過使用這項技術，天文臺可以捕捉到能量最高的粒子的跡象，這些粒子撞擊大氣層時的能量超過了電子伏特的五分之一，也就是1×10^18。“如果你有一個粒子的能量達到這個量級，那就是一個巨集觀的能量量，”斯諾說它可以比作一個職業網球運動員以每小時100英里的速度發球。這是很大的能量。”
找到這些粒子的起源花了相當長的時間，因為最高能量的射線並不經常撞擊地球。僅僅一年一次，一個不到一平方英里的區域就會被這樣的粒子擊中。但經過12年的觀察，研究人員能夠描繪出這些光線的大致分佈，發現它們並非均勻分佈在整個天空中，而是似乎來自一個大致的方向。
儘管如此，關於這些射線還有很多未知數。首先，研究人員只有一個大致的方向，他們從中產生，但即使是有一些不確定性。當宇宙射線進入銀河系時，它們必須透過我們銀河系的磁場，磁場會稍微彎曲它們的方向。現在還不清楚當這種情況發生時，他們的方向會發生多大的變化。”因為這個未知的彎曲量。。。我們不能說它們來自任何一個星系團。
最後，知道這些超高能射線不是從銀河系居民開始的，這是弄清這些粒子是什麼的第一個重要步驟。”蓋瑟說：“人們一直認為這是事實，但沒有證據證明這一點。”很高興有一個真實的結果顯示這些粒子來自我們星系之外。”
- 發表於 2021-05-30 04:08
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