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定量分析支持宇宙射线起源理论

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2021-12-0413:28:39来源:科技日报

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科技日报北京8月24日电 (实习记者张佳欣)浩瀚的宇宙总是有太多的秘密值得我们去探索,例如,宇宙射线起源于哪里?据近日发表在《天体物理学杂志》上的最新研究,来自日本名古屋大学的天文学家首次成功地量化了超新星遗迹中宇宙射线的质子和电子成分。根据对射电、X射线和伽马射线辐射的最新成像分析,宇宙射线发出的超高能伽马射线中至少有70%是由质子造成的。

宇宙射线是宇宙中能量最高的带电粒子流,自1912年被发现以来,其起源百年来一直是一个巨大的谜。由于宇宙射线促进了星际物质的化学演化,因此了解它们的起源对于理解我们银河系的演化至关重要。

先前理论研究认为,宇宙射线是由银河系里超新星遗迹中的质子加速形成的,并以近乎光速的速度传播到地球。而此次研究是第一次定量地显示超新星遗迹中产生的宇宙射线的数量,支持了先前预测,在阐明宇宙射线的起源方面迈出了划时代的一步。

伽马射线观测的最新结果显示,许多超新星遗迹以太电子伏特(TeV)的能量发射伽马射线。如果伽马射线是由质子产生的,而已知质子又是宇宙射线的主要成分,那么宇宙射线来源于超新星遗迹就可得到证实。然而,伽马射线也是由电子产生的,因此有必要确定质子或电子来源中,哪一种占据主导地位,并测量这两种贡献的比率。

研究结果表明,来自质子和电子的伽马射线分别占伽马射线总量的70%和30%。这是第一次对这两个起源进行量化,证实了银河系宇宙射线是由超新星遗迹中质子加速行为产生的。结果还表明,来自质子的伽马射线在星际气体富集区占主导地位,而来自电子的伽马射线在气体贫乏区得到增强,证实了这两种机制是共同作用的,并支持先前理论研究的预测。

名古屋大学名誉教授福井康夫表示:“除了现有的观测站外,这种新方法将应用于更多的超新星遗迹,通过使用下一代伽马射线望远镜CTA(切伦科夫望远镜阵列),将极大地推进宇宙射线起源的研究。”

总编辑圈点

宇宙射线是宇宙中的带电粒子流,它并不是单一均质的。大部分宇宙线是单纯的质子,还有一些是氦原子核,还有少量是重元素……总之,构成它的大家族成员繁多,只是数量有多有少。宇宙射线的起源是什么?这次,科研人员量化了伽马射线来自电子和质子的比例,以验证宇宙射线来源于超新星遗迹的理论假设。自人类发现宇宙射线,已经过去了一百多年。这一百年来,科研人员通过各种方式,开启宇宙之眼,拨动时光之钟,追寻着宇宙射线的源头。

责任编辑:向勤如(EN006)

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