自 1991 年以来，“天照”级的宇宙射线尚未为人所知……...

pauljoy345

犹他州西部沙漠的望远镜阵列捕获了一种能量为 244 电子伏特的稀有粒子。 超高能宇宙射线的插图。 超高能宇宙射线图。大阪都立大学/L-INSIGHT/京都大学/武重龙之介/CC BY-NC-SA 根据《科学》杂志最新发表的一篇论文，参与犹他州西部沙漠望远镜阵列项目的天文学家探测到了能量水平高达 244 EeV（电子伏特）的超高能宇宙射线 (UHECR) 。这是自 1991 年以来检测到的能量最高的宇宙射线，当时天文学家检测到了名为“Oh-My-God”的粒子，其能量高达 320 EeV。天文学家将这一最新事件命名为“天照”粒子，以据说创造了日本的神道太阳女神命名。该粒子甚至应该被称为“Oh-My-Godess”。 技术艺术 本文最初发表在Ars Technica上，Ars Technica 是技术新闻、技术政策分析、评论等的可信来源。Ars归 WIRED 母公司 Condé Nast 所有。 什么是宇宙射线？ 宇宙射线是高能亚原子粒子，以接近光速的速度穿过太空。从技术上讲，宇宙射线只是由一个质子或一组质子和中子组成的原子核。大多数来自太阳，但其他则来自太阳系外的物体。当这些射线撞击地球大气层时，它们会碎裂成其他粒子簇（带正电和负电）。 1912 年，奥地利物理学家维克多·赫斯 (Victor Hess) 在氢气球中进行一系列上升，用验电器测量大气中的辐射，首次发现了它们。他发现电离率是海平面电离率的三倍，从而驳斥了一种相互竞争的理论，即这种辐射来自地球的岩石。如果您曾经在科学博物馆中见过云室，您会发现宇宙射线的痕迹看起来像细小的微弱白线，类似于微小的飞机尾迹。 宇宙射线具有多种能量，其中能量最低的最为常见。这些就是赫斯检测到的宇宙射线，它们是最有可能出现在博物馆云室中的射线。

1965 年提出的宇宙射线能量应有一个理论上的限制：来自地球 3 亿光年以上的能量不得超过 50 EeV。这是由于 1964 年发现的宇宙微波背景辐射 (CMB)，即弥漫在宇宙中的大爆炸余辉。任何传播更远的宇宙射线在到达探测器之前都会因与 CMB 的相互 电报号码数据 作用而被摧毁。 。它被称为 GZK 极限，以提出它的科学家：Kenneth Greisin、Georgiy Zatsepin 和 Vadim Kuzmin 的名字命名。 我的上帝！ 1991 年发现的“Oh-My-God”粒子挑战了当时流行的理论，它以非常接近光速的速度撞击地球大气层，并且显然是从北半球英仙座方向传播的。它携带的能量相当于从肩高扔出的保龄球，并被压缩成亚原子粒子。自那以后，天文学家就再也没有见过类似的现象，尽管他们在接下来的几十年里检测到了数十起符合超高能宇宙射线的事件。 但这种能够将亚原子粒子加速到如此令人印象深刻的速度的 UHECR 的来源是什么？即使是超[已屏蔽惡意廣告]也无法做到这一点。一个可能的来源是宇宙规模爆炸（例如，黑洞撕裂一颗恒星并产生大量等离子体射流）产生的不断扩大的冲击波，其中粒子一次又一次地穿过磁场并在穿过磁场时收集能量空间。另一个候选者是活动星系核（AGN），它们通常出现在星系中心，并被认为包含超大质量黑洞。AGN 产生强大的过热等离子体射流并伴有冲击波。 其他建议包括来自未知来源的伽马射线暴，或被称为“星暴星系”的恒星形成密集区域。UHECR 的轨迹在到达地球探测器的途中会被磁场偏转，这使得重建它们的行进路线变得困难，从而难以确定天空中的起源点，这也无济于事。天文学家认为他们在 2017 年发现了一对有趣的热点，一个位于半人马座 A，另一个位于大熊座的 M82 星系。但自 2019 年以来，人们对这个前热点地区的信心有所减弱，因为在那里发现的 UHCER 数量似乎正在下降。 天照之谜 望远镜阵列由 500 多个表面探测器组成，排列成网格，覆盖犹他州三角洲外约 270 平方英里（700 平方公里）。



自开始运行以来，它已捕获了 30 多个 UHECR。尽管如此，当实验于 2021 年 5 月 27 日检测到“天照”粒子时，日本大阪都立大学的合著者藤井俊博“认为一定是出了差错”。非凡的主张需要非凡的证据，正如口头禅所说：所以轨迹检测和分析直到去年秋天的一次会议才公布，论文刚刚发表在《科学》杂志上。 与 1991 年的前身一样，天文学家对该粒子的起源感到困惑。追踪他们的轨迹将他们带到了一个与我们银河系接壤的被称为“局部虚空”的空旷区域。“这些粒子具有如此大的能量，因此它们不应受到银河系和河外磁场的影响。你应该能够指出它们来自天空中的哪个位置，”合著者、犹他大学望远镜阵列的联合发言人约翰·马修斯解释道。“但就‘天哪’粒子和这个新粒子而言，你追踪它的轨迹回到它的源头，却发现没有任何东西有足够的能量来产生它。这就是其中的奥秘：到底发生了什么？ 一旦天文学家完成望远镜阵列的扩展，增加 500 个新探测器，将探测区域扩大到 1,100 平方英里（2,900 平方公里），我们可能会了解到更多信息。这应该会增加他们检测此类 UHECR 的频率。 “这些事件似乎来自天空中完全不同的地方。“这并不是说有一个神秘的来源，”共同作者、犹他大学的约翰·贝尔茨说。“它们可能是时空结构的缺陷，碰撞的宇宙弦。我的意思是，我只是吐出人们提出的疯狂想法，因为没有传统的解释。也许磁场比我们想象的要强，但这与其他观察结果不一致，其他观察结果表明磁场不足以在十到二十电子伏的能量下产生显着的曲率。“这真是一个谜。