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高能宇宙射线来自银河系外

发布者: 齐天天圣| 发布时间: 2017-9-26 21:54| 查看数: 33



本报讯 位于阿根廷的皮埃尔·奥杰天文台终于有确凿的证据表明,自然界中最具能量的粒子来自银河系以外。几十年来,科学家一直认为存在这种可能性,但直到今天才证实了这一点,即那些地球上探测到的超高能宇宙射线不是来自银河系内,而是源自银河系之外的遥远星系。

“这是第一次,我们有证据证明最高能量的宇宙射线是来自银河系之外的。”英国天文学家、该天文台联合创始人阿兰·沃森说道。

一个国际研究团队分析了12年的数据,发现高能量的粒子更有可能来自银河系外的一个区域。研究人员在9月22日出版的《科学》杂志上报道说,这种不对称性与邻近星系的分布基本一致。

超高能宇宙射线的能量超过10的18次方,远远高于人造粒子加速器所能达到的粒子能量。人类研究这类射线已有50多年,但其来源和机制仍然是个谜。

由来自18个国家400多名科学家组成的这个科研团队发现,这些宇宙射线从太空射向地球的方向分布并不均匀,而是偏向于来自某特定方位,而这个方位与银河系中心方向偏差120度,说明超高能宇宙射线不是像一些科学家认为的那样来自银河系内。

这个科研团队是在对皮埃尔·奥杰天文台2004年至2016年间采集的数据进行分析后获得上述发现的。皮埃尔·奥杰天文台拥有1600个粒子探测器,分布面积达3000多平方公里,是世界上已建成的最大宇宙射线观测站。

该项目教育与外联协调员、美国内布拉斯加大学物理学教授格雷戈里·斯诺说:“还有一些其他证据,但是这篇论文真正证实了具有最高能量的宇宙射线粒子多数不是来自银河系内。”

斯诺说,地球上探测到的来自太阳的宇宙射线粒子都是低能量粒子,其能量远远低于皮埃尔·奥杰天文台探测到的粒子能量。“我们探测到的粒子能量是如此巨大,所以它们一定来自(星系中心的大型黑洞等)极其剧烈的天体物理现象。”

尽管这项发现证实超高能射线来自银河系外,但它们的确切来源仍是未知。

研究人员解释说,这主要是因为在星系磁场的作用下,这些带电粒子的飞行方向可能偏转了几十度。另外,超高能宇宙粒子比较罕见,地球大气层上方每年每平方公里才会见到1个,相当于足球场那么大的地方每100年才见到一个,这增加了研究的难度。

斯诺指出,宇宙射线提供了有关宇宙结构的线索,“通过了解这些粒子的起源,我们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”,“这些是天体物理学中最重要的一些问题”。

美国威斯康星大学麦迪逊分校天体物理学家弗朗西斯·哈尔曾表示:“这真是一个非常大的新闻。对我来说,这是一个惊喜。”哈尔曾是冰立方的发言人,冰立方是位于南极的一个大型中微子天文台。

皮埃尔·奥杰天文台发言人、德国伍伯塔尔大学物理学家卡尔-美因茨·凯普尔特表示,这一次,研究人员积累了许多数据,相信他们的结果是站得住脚的。哈尔曾对此表示赞同,他说:“我不认为新的研究结果在统计学上有任何疑问。”

现在,研究人员有了更多数据,他们将再次尝试寻找与潜在来源相关的可能性。这项研究的结果应该在几个月内出现。该合作计划还打算与美国犹他州的一个较小的天文台(望远镜阵列)联手,试图绘制整个天空的宇宙射线起源。

皮埃尔·奥杰天文台还处在一个耗资1200万美元的初始阶段,这将使它能够更好地测量宇宙射线通量相对丰富的质子和更重的原子核。(赵熙熙)

《中国科学报》 (2017-09-25 第2版 国际)
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