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然而是什么樣的極端宇宙“工廠”能制造這樣的東西？這個(gè)問題已經(jīng)困擾了科學(xué)家一個(gè)多世紀(jì)了。但是周四在《科學(xué)》雜志上，天體物理學(xué)家宣布他們可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一條重要的線索，可以把宇宙射線的起源故事拼湊起來。

簡而言之，他們認(rèn)為宇宙射線來自于熾熱星體，即擁有巨大黑洞的星系，其高能射流指向地球--射流如此強(qiáng)烈，甚至比周圍整個(gè)星系區(qū)域都要強(qiáng)大。這是一種人們可能期望激烈的粒子產(chǎn)生的現(xiàn)象。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理學(xué)教授、冰立方中微子天文臺首席科學(xué)家Francis Halzen在一份聲明中說：“這當(dāng)然意味著我們正坐在黑洞向我們噴出的粒子束中。”他沒有參與這項(xiàng)新研究。

【資料圖】

一個(gè)秘密的中微子“密碼”

基本上，新研究的團(tuán)隊(duì)使用了推理的藝術(shù)來弄清楚這些奇怪的原子碎片來自哪里。

首先，他們追蹤了一種叫做中微子的宇宙射線分支。中微子被稱為“幽靈粒子”，它本身就是一個(gè)巨大的謎團(tuán)。它們是如此躲避，幾乎不與任何東西發(fā)生相互作用，但卻有力地轟擊著整個(gè)宇宙。當(dāng)它們旅行時(shí)，中微子甚至不接觸生命中最微小的構(gòu)件--原子--這意味著數(shù)以萬億計(jì)的中微子實(shí)際上現(xiàn)在就在你的原子中飛馳著。你只是不知道而已。

然而，具體到宇宙射線，中微子被認(rèn)為是在這些令人困惑的粒子壽命的某個(gè)地方開始的。可以說，它們的遺產(chǎn)是相互關(guān)聯(lián)的。

因此，研究小組意識到，如果我們能夠了解天體物理學(xué)中微子的來源，我們就會對宇宙射線的來源有一個(gè)可靠的想法。把中微子想象成小的陰暗的“信使”，告訴我們它們的宇宙射線來源在哪里。有趣的是，這些"粒子信使"正在催生一個(gè)全新的天文學(xué)領(lǐng)域，即多信使天文學(xué)。

與其僅僅依靠光來解碼宇宙--例如美國宇航局卓越的詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡背后的驅(qū)動力--科學(xué)家可以調(diào)用難以捉摸的粒子，甚至是引力波，來剖析空間現(xiàn)象的來龍去脈。

“這就像同時(shí)感受、聽到和看到。你會得到一個(gè)更好的理解，”克萊姆森大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)副教授、該研究的作者M(jìn)arco Ajello在一份聲明中說。“在天體物理學(xué)中也是如此，因?yàn)槟銖牟煌攀沟亩啻翁綔y中獲得的洞察力比你只從光中獲得的要詳細(xì)得多。”

從南極內(nèi)部進(jìn)行搜索

因此，專注于多信使天文學(xué)，為了弄清事情的真相，科學(xué)家們首先分析了他們所謂的為搜索而優(yōu)化的"最大的可用中微子數(shù)據(jù)集"，該數(shù)據(jù)集是從冰立方中微子天文臺收集的，這是一個(gè)深埋在南極的科學(xué)基地。2017年，這個(gè)天文臺檢測到一個(gè)中微子，后來被追蹤到一個(gè)名為TXS 0506+056的熾熱星體。

但是對于這些熾熱星體是否真的是制造宇宙射線的天然粒子加速器，仍然存在爭議。例如，其他專家認(rèn)為，宇宙射線是在太空中碰撞的星塵，是照亮宇宙的暴力超新星的產(chǎn)物。

盡管這種爭論應(yīng)該被平息，根據(jù)新的研究團(tuán)隊(duì)，因?yàn)樗鼘⒈⒎降陌l(fā)現(xiàn)與熾熱星的目錄--確切地說，是PeVatron熾熱星，它將粒子加速到至少10^15電子伏特--進(jìn)行交叉檢查，并獲得了兩者糾纏在一起的有力證據(jù)。

研究作者寫道：“在這項(xiàng)工作中，我們表明，熾熱星與高能天體物理中微子有明確的聯(lián)系，置信度達(dá)到了前所未有的水平。”

“我們當(dāng)時(shí)（在2017年）有一個(gè)暗示，現(xiàn)在我們有了證據(jù)，”Ajello說。

研究報(bào)告的共同作者，來自德國Julius-Maximilians-Universit?t的Sara Buson在一份聲明中說：“這些結(jié)果首次提供了無可爭議的觀測證據(jù)，表明PeVatron熾熱星的子樣本是銀河系外中微子源，因此是宇宙射線加速器。”

重要的是，Buson還指出，這些結(jié)果只是來自于對冰立方中微子數(shù)據(jù)“最有希望的”一組數(shù)據(jù)的研究--這意味著對背景數(shù)據(jù)的深入挖掘可以提供更有力的證據(jù)，并為今后的更多發(fā)現(xiàn)鋪平道路。

正如Ajello所說，這一新的中微子線索 “使我們在解決宇宙射線起源這一世紀(jì)之謎方面向前邁進(jìn)了一步”。

關(guān)鍵詞：宇宙射線天體物理幽靈粒子