阿根廷的皮埃尔奥格天文台终于有了确凿的证据,证明自然界中最高能的粒子来自银河系以外的来源。几十年来,科学家们一直怀疑这一点,但迄今为止,他们没有证实这一点。

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宇宙辐射

英国天文学家、该天文台联合创始人艾伦沃森(Alan Watson)表示,“我们首次有证据表明,能量最高的宇宙射线源自海洋。”这个结果对研究者来说是一种解脱,之前皮埃尔奥格合作组织十年前提出的关于其起源的说法,后来被证明是不成熟的。

国际团队分析了12年的数据,发现能量上限的粒子更有可能来自银河系外的天空。研究人员在9月22日的《科学1》杂志上报告说,这种不对称性与邻近星系的分布大致一致。

这项研究没有确定宇宙射线的各种来源,也没有解释如何达到最高能量。但是研究人员希望这是了解其起源的第一步。

隐形淋浴

大多数宇宙射线是质子或其他带电粒子,包括重如铁的原子核。当这种粒子下降到地球高层大气中,与空气中的原子核发生碰撞时,就会产生亚原子粒子的碎片。这些撞击另一个核心并产生更多的粒子,形成一个看不见的“阵雨”,通常分散在地面上许多平方公里的范围内。

为了找到这些阵雨,皮埃尔奥格斯天文台在阿根廷门多萨省每隔1.5公里安装1600个汽车大小的水箱,覆盖3000平方公里的草原平原。四套望远镜在阵列上监视天空,在没有月亮的夜晚——它们可以探测到阵雨产生的紫外线的闪烁。从其相对靠近赤道的位置,该阵列可以接收来自整个南方天空和大部分北方天空的宇宙射线,覆盖85%的天体。

为了捕捉最受欢迎的粒子,天文台需要这么大。探测到能量超过10 ^ 20电子伏特(eV)的宇宙射线;相比之下,瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机是世界上最强大的粒子加速器,将质子推至仅710 ^ 12eV。然而宇宙射线越来越少,能量更高。平均来说,10 ^ 20ev范围内的粒子一个世纪只能到达地球一平方公里。

研究人员研究了32187个能量高于810 ^ 18 eV的粒子,这些粒子是天文台在2004年至2016年期间发现的。银河系的磁场弯曲了带电粒子的路径,随着时间的推移,它们可以随机改变方向。但这些粒子高于平均值,来自天空之外的特定区域,而不是银河系之外。

意外偏斜

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检测站

法国奥赛核科学研究所核物理研究所的天体物理学家皮耶拉吉亚(Piera Ghia)表示,大多数研究人员都预料到了这种偏斜,但并没有那么强烈,这有助于协调数据分析。威斯康星大学麦迪逊分校的天体物理学家弗朗西斯哈尔森同意这一观点。“真的很大。这对我来说是一个惊喜,”南极主要中微子天文台IceCube的发言人哈尔岑说。

当考虑到磁偏转时,皮埃尔奥格天文台看到的不对称性与银河系中约90兆帕(约3亿光年)的星系分布是一致的。这是位于阿根廷圣卡洛斯德巴里洛切的俄罗斯天体物理学家西尔维亚莫勒拉赫的巴尔塞罗研究所。

结果银河系中心的超大质量黑洞作为高能粒子的主要来源被强烈破坏。莫勒拉赫说,“最有可能的来源仍然是通常的嫌疑人。”莫勒拉赫说,“天体物理现象会产生极强的磁场,带电粒子可以在磁场中反弹并获得能量。其中包括活动星系核——超大质量黑洞,它以接近光速的速度喷射物质喷流,恒星爆炸被称为伽马射线爆发。

最新的说法相比2007年的合作还是相当保守的。当时发现了27条超高能宇宙线(高于5710 ^ 18ev)之间的关联,直到那一点,已知的活动星系核2。这篇文章引起了轰动,但结果的统计学意义很弱。随着阵列收集更多的数据,它很快就消失了。俄罗斯伍珀塔尔大学的物理学家卡尔-海因茨坎佩特(Karl-Heinz Kampert)说:“回想起来,我们发表得太早了。”

Kampert说,这一次,团队没有机会了:他们积累了更多的数据,并相信结果是可靠的。哈尔赞同意他的观点:“我不认为最新结果的统计学意义有任何疑问。

现在研究人员有了更多的数据,他们将再次试图找出与潜在来源的相关性。这项研究的结果将在几个月内出现。合作计划还将联合犹他州的一个较小的望远镜阵列天文台,试图将宇宙射线的起源绘制到整个天空。