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18個國家400名科學家研究證實高能宇宙射線來自銀河系外
確切來源尚待進一步研究
2017-09-25 |文章來源: 中國科學報 趙熙熙| 瀏覽次數:  |

 

科學家證實超高能宇宙射線來自銀河系外。圖片來源:A. Chantelauze/S. Staffi/L. Bret

  位于阿根廷的皮埃爾·奧杰天文臺終于有確鑿的證據表明,自然界中最具能量的粒子來自銀河系以外。幾十年來,科學家一直認為存在這種可能性,但直到今天才證實了這一點,即那些地球上探測到的超高能宇宙射線不是來自銀河系內,而是源自銀河系之外的遙遠星系。

  “這是第一次,我們有證據證明最高能量的宇宙射線是來自銀河系之外的。”英國天文學家、該天文臺聯合創始人阿蘭·沃森說道。

  一個國際研究團隊分析了12年的數據,發現高能量的粒子更有可能來自銀河系外的一個區域。研究人員在9月22日出版的《科學》雜志上報道說,這種不對稱性與鄰近星系的分布基本一致。

  超高能宇宙射線的能量超過10的18次方,遠遠高于人造粒子加速器所能達到的粒子能量。人類研究這類射線已有50多年,但其來源和機制仍然是個謎。

  由來自18個國家400多名科學家組成的這個科研團隊發現,這些宇宙射線從太空射向地球的方向分布并不均勻,而是偏向于來自某特定方位,而這個方位與銀河系中心方向偏差120度,說明超高能宇宙射線不是像一些科學家認為的那樣來自銀河系內。

  這個科研團隊是在對皮埃爾·奧杰天文臺2004年至2016年間采集的數據進行分析后獲得上述發現的。皮埃爾·奧杰天文臺擁有1600個粒子探測器,分布面積達3000多平方公里,是世界上已建成的最大宇宙射線觀測站。

  該項目教育與外聯協調員、美國內布拉斯加大學物理學教授格雷戈里·斯諾說:“還有一些其他證據,但是這篇論文真正證實了具有最高能量的宇宙射線粒子多數不是來自銀河系內。”

  斯諾說,地球上探測到的來自太陽的宇宙射線粒子都是低能量粒子,其能量遠遠低于皮埃爾·奧杰天文臺探測到的粒子能量。“我們探測到的粒子能量是如此巨大,所以它們一定來自(星系中心的大型黑洞等)極其劇烈的天體物理現象。”

  盡管這項發現證實超高能射線來自銀河系外,但它們的確切來源仍是未知。

  研究人員解釋說,這主要是因為在星系磁場的作用下,這些帶電粒子的飛行方向可能偏轉了幾十度。另外,超高能宇宙粒子比較罕見,地球大氣層上方每年每平方公里才會見到1個,相當于足球場那么大的地方每100年才見到一個,這增加了研究的難度。

  斯諾指出,宇宙射線提供了有關宇宙結構的線索,“通過了解這些粒子的起源,我們希望更多地了解宇宙的起源、大爆炸以及星系和黑洞的形成等”,“這些是天體物理學中最重要的一些問題”。

  美國威斯康星大學麥迪遜分校天體物理學家弗朗西斯·哈爾曾表示:“這真是一個非常大的新聞。對我來說,這是一個驚喜。”哈爾曾是冰立方的發言人,冰立方是位于南極的一個大型中微子天文臺。

  皮埃爾·奧杰天文臺發言人、德國伍伯塔爾大學物理學家卡爾-美因茨·凱普爾特表示,這一次,研究人員積累了許多數據,相信他們的結果是站得住腳的。哈爾曾對此表示贊同,他說:“我不認為新的研究結果在統計學上有任何疑問。”

  現在,研究人員有了更多數據,他們將再次嘗試尋找與潛在來源相關的可能性。這項研究的結果應該在幾個月內出現。該合作計劃還打算與美國猶他州的一個較小的天文臺(望遠鏡陣列)聯手,試圖繪制整個天空的宇宙射線起源。

  皮埃爾·奧杰天文臺還處在一個耗資1200萬美元的初始階段,這將使它能夠更好地測量宇宙射線通量相對豐富的質子和更重的原子核。


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