高能之謎,科學家試著解開宇宙射線的謎團

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 21 日 0:00 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


宇宙射線是由高能量的質子、氦原子核(兩者共占 99%)和其他高能量的粒子組成,以趨近光速撞擊地球大氣,並和大氣作用產生 X 射線、質子、中子、緲子、介子、微中子等二次宇宙射線。宇宙射線可能源自太陽、銀河系或其他星系,早先認為極高能量的宇宙射線是由超新星爆炸所產生。


目前認為,超新星爆炸雖可產生高能量的伽馬射線,但仍不足以解釋在某些觀測所見,高達千萬億電子伏特(PeV)的極高能量宇宙射線。新研究認為,具光譜型 O、B 型的大質量恆星緊密聚集的星團,產生稱為 PeVatron 加速器(為了類比第一個人造可加速達到 1 兆電子伏特(TeV)能量等級的 TeVatron 加速器)的作用,才是可能原因。

研究團隊成員 Henrike Fleischhack 說,超新星的確可加速宇宙射線,但無法達到如此高的能量。一直以來有些線索指出,星團可能在加速高能宇宙射線扮演部分角色,如今終於證實。

光譜型 O 型星位於恆星質量最頂端,當恆星風彼此作用,會產生能加速宇宙射線的震波(shock wave)。超新星爆炸雖可產生非常快的震波加速宇宙射線,但因無法長時間抓住宇宙射線加速,無法達到所見的極高能量。由眾多恆星組成的星團產生擾動和強大磁場,就可侷限宇宙射線讓震波加速粒子到極高能量。

研究使用 HAWC 天文台 1,343 日觀測資料,分別發表在《自然天文》和《天文物理期刊通訊》。科學家測量來自深空的伽馬射線撞擊地球大氣產生的次級宇宙射線,並藉由次級宇宙射線電荷和時間重建原始伽馬射線資訊。科學家打算和處於計畫階段的 SWGO 天文台合作,以加入南半球天區星團,希望對此有更多了解。

▲ 史匹哲太空望遠鏡拍到的,繭狀星雲內部塵埃的紅外線影像。上方疊加區域(由綠到黃到紅)為可能產生宇宙射線的伽瑪射線較強區域。

(本文由 台北天文館 授權轉載;圖片來源:pixabay