地球上的那些高能宇宙射線是怎監測到的！

在過去的一個世紀里，物理學家們一直對宇宙射線感到困惑:粒子(主要是質子)在太空中高速運動，似乎從各個方向來的速度是一樣的。這些星際射流的來源是什麼?他們是怎麼得到這麼高的速度的?一個多國團隊宣布，他們在解決這些問題上邁出了一大步:令人信服的證據表明，至少有一部分宇宙射線來自超新星殘骸;超新星殘骸是恆星爆炸產生的物質膨脹的外殼，是一種天然的粒子加速器。

宇宙射線長期以來一直是個謎，因為射線之間的相互作用掩蓋了射線的來源。作為帶電粒子，宇宙射線「感受到」空間磁場的引力。因此，宇宙射線以長長的弧線穿過星系，使得地球上的探測器能夠追蹤到射線的來源。

這些粒子的高速運動表明它們一定有一種猛烈的能量源。研究人員長期以來一直認為這些高能粒子的來源是超新星殘骸，但目前還無法證明這一點。「我們需要一個中立的信使來觀察射線的來源。」加州帕洛阿爾托斯坦福大學的斯蒂芬·芬克說。伽瑪射線是質子加速時產生的副產物，是高能光子，可以作為中性信使，因為它們不帶電，因此可以在空間中直線傳播。然而，高速電子也會產生伽馬射線，這是以前無法從超新星殘骸中分辨出電子和質子的。

1949年，美籍義大利物理學家恩里科·費米(Enrico Fermi)開創了超新星殘骸加速質子的方法。其加速機理大致如下:超新星殘骸是一個膨脹的球形物質殼，向外推入恆星間擴散的氣體星際介質，在物質殼的前部形成激波，在物質殼的前部和後部攜帶著一個複雜的磁場;在壓縮氣體中，像質子一樣帶電的粒子可以。它在兩個磁場之間來回彈跳，連續地穿過前面，每次穿過，能量都會急劇增加;最終，帶電粒子將逃離磁場，因為它們獲得了足夠的能量以宇宙射線的形式射入太空。

當高速質子在星際介質中與低速均勻粒子碰撞時，會發生相互作用，產生大量的基本粒子，稱為中性介子。介子幾乎立即衰變成兩束柬埔寨伽馬射線，這兩束射線是可以證明高能質子存在的中性信使。超新星殘骸加速的電子也會產生伽馬射線，但這兩種伽馬射線的能譜略有不同。由於質子發出的伽馬射線實際上來自介子，所以每束伽馬射線的能量必須至少是介子能量的一半，而能量較低的伽馬射線無法在能譜中顯示出來。相反，來自電子的伽瑪射線卻沒有顯示出高能量和低能量之間的界限。

來自深空的伽馬射線很難探測到，因為它們在到達地面之前就被地球大氣層所阻擋。現在NASA的費米伽馬射線太空望遠鏡可以探測到能量邊界。2008年發射後不久，芬克的團隊就開始使用該望遠鏡進行研究。芬克說:「這個儀器並不完美，但當能量合適時，我們可以看到分界點。」我們已經清楚地證明超新星殘骸可以加速宇宙射線。

研究小組已經證明超新星殘骸是宇宙射線的來源。然而，這是主要的來源嗎?芬克說:要解決這個問題，我們需要積累更多的信息，研究更多的天體，至少現在研究人員有了他們需要的工具。芬克說:「很久以前，我們對此有一個理論上的理解，但現在我們只有先進的技術，用先進的技術來證實以前的理解……」從這個意義上說，這項研究的結果是非常棒的!

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