探索宇宙射線的源頭可能來自於超新星殘餘(圖)

2009年11月03日15時52分   來源：新浪   楊孝文

 

宇宙射線源頭探索又向前邁進一步(圖片提供：NASA, ESA, CXC, and JPL-Caltech)

 

據美國國家地理網站報導，根據一支國際小組進行的一項新研究，恆星爆炸能夠在太空中扮演超大功率粒子對撞機的角色，進而創造宇宙射線。宇宙射線實際上是指一直以來“轟擊”地球的高能亞原子粒子。在這些轟擊地球的微小粒子中，能量最大的相當於一個以時速98英里(約合每小時157公里)飛行的棒球。

根據天文學家的發現，宇宙射線來自於距離地球遙遠的星系內部。但由於行星和恆星等大型天體的磁場能夠讓亞原子粒子的飛行軌跡發生偏移，天文學家很難跟踪它們的確切源頭。除此之外，星系本身的磁場也會將宇宙射線捕獲，而後讓它們飛來飛去，就像裝在密封瓶裡的蒼蠅一樣。

一些天文學家表示，宇宙射線可能來自於超新星殘餘。這一理論認為，當一顆大質量恆星發生爆炸時，膨脹衝擊波會對帶電粒子產生推拉作用。這些粒子在超新星殘餘磁場內部彈跳，最終達到接近光速的速度並以宇宙射線的形式逃入星系。

直到現在，這一理論仍很難加以驗證，原因在於：我們無法跟踪銀河系內的宇宙射線，同時也無法探測到在其它星系內部被捕獲的宇宙射線。在超高能輻射成像望遠鏡陣列系統(以下簡稱VERITAS)以及費爾米伽馬射線太空望遠鏡的幫助下，一支國際研究小組得以第一次發現能夠證明“超新星源頭論”的強有力證據。

根據這一理論，星爆星系所擁有的宇宙射線數量超過類似銀河系這樣的正常星系。原因在於這種星系存在快速恆星形成區，更多超大質量恆星以超新星爆炸的方式結束自己的生命。研究過程中，這支國際小組重在搜尋光的最大能量形態——伽馬射線。與宇宙射線有所不同的是，伽馬射線不會受磁場影響，我們能夠在地球上對此進行觀測並準確跟踪其源頭。

研究小組成員、美國加利福尼亞州斯坦福卡維利粒子天體物理學與宇宙學研究所的基思·拜克托爾在2日舉行的媒體吹風會上表示：“我們認為伽馬射線來自於宇宙射線與星際介質的相互作用。”

正如所預計的那樣，VERITAS小組發現來自距地球大約1200光年的星爆星系M82的伽馬射線數量更多。費爾米伽馬射線太空望遠鏡也同樣探測到來自M82以及另一個星爆星系NGC 253的伽馬射線。此外，後者還探測到來自銀河系“小衛星”——大麥哲倫雲恆星形成區的伽馬射線。研究小組成員、華盛頓特區美國海軍研究實驗室的查爾斯·德默爾表示：“根據我們的發現，擁有更多超新星的星系同時也擁有更多伽馬射線。”

但這一產生宇宙射線的過程只建立在確定的能量水平上。能量最大的宇宙射線可能來自於超大質量黑洞噴出的粒子流，但這一理論無法得到驗證。研究小組成員、法國空間輻射研究中心的尤爾根·科諾德爾賽德表示，這一新發現為揭開宇宙射線源頭之謎又向前邁進一步。