神秘的超高能宇宙射线让天文学家困惑不解 - 物理世界

已检测到一种宇宙射线粒子，其能量比欧洲核子研究中心大型强子对撞机加速的粒子大约 36 万倍。 这是迄今为止观测到的能量最高的粒子之一，能量为 244 EeV，并于 2021 年被犹他州的望远镜阵列发现。 虽然超高能宇宙射线（UHECR）可能是由剧烈的天体物理过程产生的，但研究人员无法追溯到它的起源。

研究人员将这种粒子命名为“Amaterasu”，即日本神话中的太阳女神。 目前 UHECR 的能量记录是 320 EeV，由“Oh-My-God”粒子保持，该粒子是 1991 年在犹他州由望远镜阵列的前身探测到的。

UHECR 是亚原子粒子，例如能量大于 1 EeV（10¹⁸ eV）。 虽然它们似乎来自银河系之外，但由于在地球上观察到它们的数量很少，人们对它们的起源仍然知之甚少。

宇宙截止

在寻找 UHECR 的起源时，天文学家受益于一种称为 Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) 截止的现象。 发生这种情况的原因是，能量高于约 60 EeV 的 UHECR 在穿越太空时与宇宙微波背景相互作用，从而损失能量。 这意味着这些较高能量的粒子在到达地球之前传播的距离不能超过约 300 亿光年。

尽管有这样的中断， 发现天照的国际团队 根据，对于粒子的起源并没有更了解 藤井俊博 日本大阪都立大学的教授——他第一个在望远镜阵列数据中发现了超高能星系的证据。

“我们发现了这个新的谜团，”他说，并指出该粒子与任何已知的天体物理物体都没有关联。 写在日记里 科学, 该团队提出了天照的几种可能起源。

黑暗与光明

在 GZK 截止范围内观察并假设粒子被银河系磁场偏转，一个可能的起源是星系 NGC 6946。它距离我们大约 25 万光年，以其巨大的恒星形成和众多的超新星而闻名。 然而，天文学家尚未观测到来自星系的伽马射线或X射线。 观测这种辐射表明存在能够加速超高能宇宙射线的天体物理物体。 天照也可以追溯到本地虚空，这是一个附近星系密度异常低的区域。 但同样，那里没有任何物体可以被识别为来源。

根据该团队的说法，另一种可能性是，我们对标准模型之外的粒子物理学的不完全理解可能意味着天照的飞行距离超出了 GZK 截止所允许的距离。 如果是这样的话，那么超高能粒子辐射源的起源可能太远了，以至于我们无法检测到它的电磁辐射。

根据藤井的说法，天照最奇特的可能来源是“暗加速器”——一种发射超高能粒子束但不发射其他辐射的假设物体。

尽管有这些发现和猜测， 拉斐尔·阿尔维斯·巴蒂斯塔马德里自治大学的天体物理学家告诉我们 物理世界 该观察表明超高能粒子“没有什么新鲜事”。

“我是一个保守派，因为我不会跳出标准模型之外的任何解释，”他说。 “我们拥有确实可以产生这些高能宇宙射线的天体物理物体。 我们只是不知道这是如何发生的，或者这些物体在哪里，或者哪些物体正在这样做。”

他还指出，天文学家对银河系外的磁场了解非常少，这使得回溯变得非常困难。

完全不确定

“在我们的银河系中，我们并不真正了解[银河磁场]，但至少我们知道它在特定范围内。 但是，对于银河系外的磁场，这是完全不确定的，”巴蒂斯塔说。

藤井和巴蒂斯塔都同意，在我们开始了解 UHECR 的起源之前，需要对这些罕见事件进行更多观察。 我们还需要提高对河外磁场的理解。

其中一些观测肯定是由望远镜阵列进行的。 它是北半球最大的宇宙射线探测器，目前正在扩大到目前面积的四倍。

如今，像天照这样的粒子大约每 15 年就会被探测到一次，但藤井表示，望远镜阵列的改进可以将这一现象减少到每四年一次。

该研究描述于 科学.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/