射線追蹤：高能量宇宙射線與巨型黑洞有關

想像一下，一個質子以與快投棒球一樣的力量撞擊地球大氣層。 幾十年來，科學家一直懷疑質子和其他具有如此巨大能量的粒子（稱為超高能量宇宙射線）出現在星系中心巨大黑洞的混亂環境中。

現在，阿根廷龐大的皮埃爾·奧格天文台發現了第一個確鑿的證據，將這些極為罕見的宇宙射線（宇宙中能量最高的粒子）與附近星系中的超大質量黑洞聯繫起來。

伊利諾州巴達維亞費米國家加速器實驗室的奧格研究員Paul Mantsch 表示：「這對宇宙射線物理學和天文物理學來說都是一個里程碑式的發現。」Mantsch 和來自17 個國家的龐大研究團隊在11 月9 日的《自然》雜誌上描述了這項發現。科學。

在這項研究中，天文台記錄了 27 條能量超過 570 億電子伏特 (eV) 的宇宙射線。 研究小組發現，這 27 條超高能量射線中有 20 條來自天空中與活動星系核 (AGN) 已知位置一致的點。 曼奇和他的同事表示，宇宙射線和活動星系核之間的排列完全是隨機的可能性不到 1%。 AGN 都距離銀河系較近，距離不超過 3.26 億光年。

在活動星系核中，黑洞以旋轉的氣體和塵埃盤為食。 當這種物質螺旋進入深淵時，它會升溫並發出高能量輻射。 此外，活動星系核通常會噴射出巨大的高速氣體射流。 這些噴射流可能會噴射出一些宇宙射線，其能量是地球上最強大的加速器產生的能量的數百萬倍。 但曼奇警告說，「我們並不真正了解」加速機制。

俄歇設施於 2004 年啟用，用於探測宇宙射線撞擊地球高層大氣時產生的次級粒子級聯。 這種瀑布被稱為空氣簇射，到達地球表面時可以覆蓋 40 平方公里的區域。 該天文台包括約 1,600 個水箱——粒子探測器，當流星雨中的粒子穿過時會閃爍——分佈範圍超過 3,000 公里²以及 24 台紫外線望遠鏡，用於記錄流星雨加速沖向地球表面時產生的微弱光線。

較低能量的宇宙射線可能來自銀河系內的超新星遺跡，但這些粒子很容易被磁場偏轉，以至於它們的到達方向幾乎無法提供有關它們起源位置的資訊。 相較之下，超高能宇宙射線從源頭幾乎沿著直線傳播。 能量最高的宇宙射線也是最稀有的。 它們大約每個世紀撞擊一平方公里的地球一次，需要像俄歇一樣巨大的天文台才能找到它們。

曼奇說，宇宙射線方向與活動星系核位置之間的高度重疊表明，大多數高能量宇宙射線都是質子，它們在到達地球的途中穿過相對較弱的星系間磁場。

馬薩諸塞州劍橋市哈佛-史密森天文物理中心的宇宙射線天文學家特雷弗·維克斯表示，這項研究意義重大，但他補充說，令他有點驚訝的是，更多的高能量射線與附近最強大的活動星系核沒有關聯。 他說，新發現為在北半球建造第二個俄歇天文台提供了令人信服的理由。