超高能宇宙射線來自銀河系外

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迄今為止對撞擊地球的最高能量粒子進行的最大規模的研究為了解這些粒子的來源提供了第一個可靠的線索。科學家利用巨大的水桶陣列發現，這些超高能宇宙射線大多起源於銀河系之外。

一個國際團隊分析了大約12年的數據表明，能量超過80億電子伏的粒子通常來自天空中的特定方向，並且它不是銀河系的中心。研究人員於 9 月 22 日報告了他們的發現科學。

“這是第一個明確的實驗表明，這些高能粒子的來源位於我們自己的星系之外，可能在附近宇宙的某個地方，”德國伍珀塔爾大學的卡爾·海因茨·坎珀特說，他是皮埃爾·奧格合作組織的發言人，該組織做出了這一發現。

宇宙射線是原子核，以自然界觀察到的最高能量穿過太空。某種未知的引擎將它們加速到比宇宙中質子高一億倍的能量，地球上最大的粒子加速器（SN：2008 年 7 月 19 日，第 19 頁16）。

之前的暗示表明，宇宙射線可以通過諸如以下的劇烈現像被提升到如此高的速度：(SN：2009 年 12 月 5 日，第 12 頁8),(SN：2013 年 3 月 23 日，第 14 頁16） 和——可能包括銀河系中部的黑洞（SN：2007 年 11 月 10 日，第 11 頁第291章）。但帶電粒子很難追踪回它們的家，因為太空中的磁場會散射光線，就像霧散射光一樣。為了克服這種不確定性，研究人員需要大量粒子。

“這是一個非常難以解決的問題，可能是高能天體物理學中最難的問題，”希臘伊拉克利翁克里特島大學的天體粒子物理學家 Vasiliki Pavlidou 說，他沒有參與這項新工作。

阿根廷的皮埃爾·奧格天文台使用分佈在 3,000 多平方公里範圍內的 1,600 桶超純水發現了這些顆粒。這種擴散使天文台有更好的機會探測超高能宇宙射線，這種射線非常罕見，每年只有一個粒子撞擊地球大氣層的每平方公里。

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幸運的是，這些浴缸不需要直接探測單個宇宙射線。相反，這些結構捕獲宇宙射線撞擊地球大氣層時產生的級聯粒子，稱為空氣簇射。當空氣噴淋的電子、質子、介子和介子穿過水桶時，這些粒子會發出一點光，稱為切倫科夫輻射。該光的速度、方向和到達時間可以幫助識別原始宇宙射線的來源。

該天文台在2004年1月1日至2016年8月31日期間捕獲了30,000條超高能宇宙射線。研究小組發現，與撞擊整個天空的粒子平均密度相比，來自銀河系中心的粒子大約減少了6%。稍多的粒子來自距銀心約 120 度的方向。

有趣的是，多餘的部分指向距離銀河系最近的星系團，距離地球3億到9億光年。坎珀特說，這一發現表明宇宙射線是在某些星系中產生的，但不是我們的星系。

接下來的步驟是嘗試識別哪些星係並看看是否有任何模式將它們連接起來。這項研究可能有助於縮小加速宇宙射線的過程。坎珀特說：“我們想要了解的不僅是它們的來源類型，還有這些來源的工作原理。”

帕夫利杜說，新的結果是“很長一段時間以來該領域發生的最令人興奮的事情”。 “我絕對認為第一個能夠確定這些粒子來自何處的實驗將獲得諾貝爾獎。但這非常困難。我認為我們還有十年的時間。”