一种罕见、高能的宇宙射线有着神秘的起源

“我的天啊”粒子有了新的同伴。

1991 年，物理学家发现一颗来自太空的粒子撞击地球，其能量之大令人不禁发出“天哪！”它的能量高达 320 千万亿电子伏特，其动能相当于一个以每小时 100 公里的速度飞驰的棒球。

现在，发现了具有相当能量的新粒子研究人员在 11 月 24 日的报告中报告称科学。2021 年，犹他州德尔塔附近的望远镜阵列实验探测到该粒子，其能量约为 240 艾电子伏特。奇怪的是，科学家无法确定该粒子的任何宇宙来源。

望远镜阵列合作项目联合发言人、盐湖城犹他大学的天体粒子物理学家约翰·马修斯说：“这个微小的物体中蕴含着巨大的能量。”

宇宙射线由质子和原子核组成，它们以各种能量穿越太空。能量超过 100 亿亿电子伏的粒子极其罕见：科学家估计，平均每个世纪只有一个这样的粒子落在地球表面一平方公里的面积上。能量超过 200 亿亿电子伏的粒子则更为罕见——此前仅检测到少数这样的粒子。

当宇宙射线撞击地球时，它会与大气中的原子核碰撞，产生一系列可以在地球表面探测到的其他粒子。

为了捕捉最稀有、能量最高的粒子，科学家们建造了巨大的探测器阵列。望远镜阵列使用 500 多个由塑料闪烁体制成的探测器监测 700 平方公里的区域，闪烁体是一种在被带电粒子击中时会发光的材料。其他探测器测量粒子雨在天空中产生的紫外线（尽管这些探测器在新报告的粒子到达时没有运行）。根据单个闪烁体探测器被粒子级联击中的时间，科学家可以确定入射宇宙射线的方向，并利用该信息追溯其来源。

极高能宇宙射线来自银河系外，但其确切来源尚不清楚（日期: 9/21/17）大多数科学家认为它们是在剧烈的宇宙环境中加速的，比如从某些超大质量黑洞周围区域喷出的辐射喷流，或者以疯狂的速度形成恒星的星暴星系。

无论粒子的来源如何，它们肯定来自相对较近的宇宙邻域。这是因为能量最高的宇宙射线在传播过程中会与宇宙微波背景，大爆炸的余辉（日期: 7/24/18）。

追溯粒子的位置很复杂。“问题是，当你在地球上探测到高能宇宙射线时，你得到的到达方向不会指向源头，因为它会被……任何可能挡住的磁场偏转，”望远镜阵列合作者、加州大学圣克鲁斯分校和日本理化学研究所的天体粒子物理学家诺埃米·格洛布斯 (Noémie Globus) 说。

银河系及其周围地区的磁场会散射宇宙射线，就像雾会散射光线一样。为了追踪粒子的来源，科学家必须将散射考虑在内。但回溯法确定了一个宇宙空洞，这是一个几乎没有星系的空间区域，更不用说正在发生剧烈运动的星系了。

希腊克里特大学天体物理学家瓦西里基·帕夫利杜 (Vasiliki Pavlidou) 表示，这让这种粒子变得特别有趣。“它实际上指向虚无，完全在茫茫无边的地方。”

这可能暗示着科学家忽略了一些东西。例如，研究人员可能需要更好地了解星系的磁场，没有参与这项研究的帕夫利杜说。

“每次发生这种高能量事件，因为它们非常罕见，所以都是一件大事。”