解开宇宙射线的一个谜团

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  宇宙射线是由高能量的质子、氦原子核(两者共占99%)和其他高能量的粒子所组成,以趋近光速撞击地球大气,并和大气作用产生X射线、质子、中子、缈子、介子、微中子等二次宇宙射线。宇宙射线可能源自太阳、银河系或其他星系,早先认为极高能量的宇宙射线是由超新星爆炸所产生。

  目前认为,超新星爆炸虽可产生高能量的伽马射线,但仍不足以解释在某些观测里所见到的,高达千万亿电子伏特(PeV)的极高能量宇宙射线。新的研究认为,具有光谱型O、B型的大质量恒星紧密聚集的星团,其产生称为PeVatron加速器(为了类比第一个人造可加速达到1兆电子伏特(TeV)能量等级的‘TeVatron’加速器)的作用才是可能的原因。

  研究团队的成员Henrike Fleischhack说,超新星的确可以加速宇宙射线,但无法达到如此高的能量。一直以来有些线索指出,星团可能在加速高能宇宙射线中扮演部分角色,如今终于获得证实。

  光谱型O型星位于恒星质量最顶端,当它们的恒星风彼此作用会产生能加速宇宙射线的震波(shock wave)。超新星爆炸虽可产生非常快的震波来加速宇宙射线,但因其无法被长时间抓住宇宙射线来加速,因而无法达到所见到的极高能量。而由众多恒星所组成的星团所产生扰动和强大的磁场,就可以局限住宇宙射线让震波来加速粒子到极高能量。

  本研究使用HAWC天文台1,343天的观测资料,分别发表在自然天文和天文物理期刊通讯。科学家测量来自深空的伽马射线撞击地球大气所产生的次级宇宙射线,并借由次级宇宙射线的电荷和时间来重建原始伽马射线的资讯。科学家打算和处于计划阶段的SWGO天文台合作,以加入南半球天区的星团,希望对此有更多的了解。(编译/台北天文馆陈姝蓉)

由史匹哲太空望远镜所拍摄的,茧状星云内部尘埃的红外线影像。上方叠加(由绿、到黄、到红)标记的是,可能产生宇宙射线的伽玛射线较强的区域。

图说:由史匹哲太空望远镜(Spitzer Space Telescope)所拍摄的茧状星云内部尘埃的红外线影像。上方叠加(由绿、到黄、到红)标记的是,可能产生宇宙射线的伽玛射线较强的区域。Image: TeV: Binita Hona (HAWC Collaboration), IR: Hora et. al, Spitzer’s Growing Legacy, ASP Conference Series, 2010, P. Ogle, ed.

资料来源:Astronomy Now

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