高能宇宙线从哪里来？科学家可以寻找天体源

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2月26日，《科学通报》以封面文章的形式正式发表了关于高能宇宙线起源的重要成果。 利用“拉索”观测数据，中国科研人员在天鹅座恒星形成区发现了巨型超高能伽马射线气泡结构，在国际上首次发现了能量高于宇宙线的起源。 10亿电子伏特。 。

宇宙射线是来自太空的高能带电粒子，主要由质子和各种元素的原子核组成。 由于它承载着宇宙起源、天体演化、太阳活动和地球空间环境等重要科学信息，因此研究宇宙线及其起源是探索宇宙的重要途径。

然而，自从1912年发现宇宙线以来，人类始终没有找到高能宇宙线的起源。 “这是世纪难题。2004年，美国国家科学技术委员会将其列为21世纪11个最前沿的科学问题之一。” 论文共同通讯作者、中国科学院高能物理研究所曹震院士说。

那么，高能宇宙射线从何而来，为何如此难以确定？ 曹真解释道：“主要原因是宇宙射线带电，在传播过程中会受到银河系磁场的偏转，到达地球时就不再指向源头，无法被银河系磁场所偏转。” “是通过宇宙射线的方向发现的。这样的天体来源。”

幸运的是，宇宙射线在其源头加速后，它们可能会与附近的物质碰撞，产生能量约为母体宇宙射线能量十分之一的伽马光子。 由于伽马光子不带电荷，沿直线传播，因此观测到的伽马光子来的方向就是天体源的方向。 科学家可以利用它来寻找宇宙射线的起源。

科学家测量发现，宇宙射线的能谱在1000万亿电子伏附近会出现拐点结构。 这种弯曲结构被称为宇宙射线能谱的“膝盖”，因为它的形状类似于膝关节。 科学家认为，能量低于“膝盖”的宇宙射线源自银河系中的天体； 而“膝盖”的存在也表明，银河系中大多数宇宙线源加速质子的能量极限在1000万亿电子伏左右。

然而，究竟什么样的天体能够将宇宙射线的能量加速到高于“膝盖”的水平，从而形成“膝盖”的能谱结构，仍然是一个未解之谜，也是最吸引人的。近年来宇宙射线研究的热点问题。 话题之一。

这次，“拉索”在天鹅座恒星形成区域发现了一个巨大的超高能伽马射线气泡结构。 其中分布着多个能量超过1000万亿电子伏的伽马光子，最高能量达到2000万亿电子伏。 电子伏特。

“一般来说，产生能量为2000万亿电子伏的伽马光子，需要能量至少高出10倍的宇宙射线粒子。” 曹震表示，因此，这表明气泡结构内部存在一个超级宇宙线加速器，正在不断向地球产生能量至少为20亿电子伏的高能宇宙线粒子，这大大超过了地球的能量。 “膝盖”，并被注入星际空间。

“我们发现位于巨型超高能伽马射线气泡中心附近的巨大星团很可能是高能宇宙射线的起源。” 论文共同通讯作者、中国科学院高能物理研究所副研究员李聪说。

这个星团由许多表面温度超过35000摄氏度的恒星和表面温度超过15000摄氏度的恒星组成。 这些恒星的辐射强度是太阳的一百到一百万倍。 巨大的辐射压力将恒星表面的物质吹出，形成速度高达每秒数千公里的强烈星风。 星风与周围星际介质的碰撞，星风之间的剧烈碰撞，产生强烈冲击波和强烈湍流的极端环境，成为强大的粒子加速器。

曹震表示，这是迄今为止第一个获得认证的高能宇宙线加速源。 随着观测时间的增加，“拉索”将能够探测到更多千万亿电子伏甚至更高能量的宇宙线加速源，有望解开银河系宇宙线起源之谜。