“天照”粒子:新的宇宙之谜

方框财经 2023-11-24 10:30:07

一些高能粒子从太空坠落到地球表面,目前尚不清楚它来自何处,甚至不清楚它到底是什么。这听起来像是科幻小说中的情节,但实际上是科学现实。这种能量超过240艾电子伏特(EeV,1018电子伏特)的银河系外粒子,是研究人员较早时间通过望远镜阵列实验的表面探测器探测到的,研究结果发表在最新一期《科学》杂志上。

超高能宇宙射线(Ultra-High-Energy CosmicRay,UHECR)是来自太空的亚原子带电粒子,其能量大于1EeV,大约是人造粒子加速器所能达到能量的100万倍。电子伏特(英语:electronvolt),简称电子伏或一颗电子的带电量,符号为eV,为能量单位。

罕见的UHECR的起源被认为与宇宙中最具能量的现象有关,例如涉及黑洞、伽马射线暴和活动星系核。然而,关于这些粒子的物理和加速机制仍然未知,因为这种探测对仪器的收集能力要求非常高。

日本大阪都立大学副教授藤井敏博和一个国际科学家团队自2008年以来一直在进行望远镜阵列实验。这种专门的宇宙射线探测器由507个闪烁体表面站组成,覆盖了美国犹他州700平方公里的广阔探测区域。2021年5月27日,研究人员检测到一个能量水平高达244EeV的粒子。

鉴于该粒子的异常高能量,它的到达方向应该与其来源更紧密相关。然而,研究结果表明,它的出发方向没有显示明显的源星系或任何其他已知的天体。相反,它指向宇宙大尺度结构中的空洞——一个很少有星系“居住”的区域。这表明它拥有银河系外邻域的未知来源,又或是人们对相关高能粒子物理学的理解不完整。

藤井教授说:"当我第一次发现这种超高能量宇宙射线时,我以为一定是搞错了,因为它显示出的能量水平在过去30年中是前所未有的。这种能量相当于迄今观测到的能量最高的宇宙射线,被称为“Oh-My-God"粒子,1991 年探测到时估计能量为 320 EeV。"

与之类似,科学家在1991年10月15日监测到了迄今最高能的宇宙射线。犹他州的一个天文台发现了一些非凡的事情:发现了一个能量强大的粒子,它很快被取了名字叫做“Oh-My-God particle(“Oh-My-God",“哦 我的上帝粒子”)”。“OMG”粒子的能量大约是320“exa-电子伏”并且以99.99%(随后以19个点多9秒,5,1)倍的光速运动。而科学家至今也未明确这个射线的来源。

在2008年开始的犹他州的使用了507个表面检测器的“望远镜阵列项目“中(没错就是那个发现了OMG粒子的美国犹他州)发现了在我们已发现的超高能宇宙射线中,有27%我们经历过的超高能宇宙射线只来自于6%的天空区域。

在该粒子的众多候选名称中,藤井团队最终选定了以日本神话中的太阳女神“Amaterasu”(天照)来命名。“天照”粒子也许和太阳女神一样神秘,它从哪里来的?到底是什么?破解这些问题有望为阐明宇宙射线的起源铺平道路。

藤井教授表示:"目前还没有发现与宇宙射线到达方向相匹配的有希望的天体,这表明可能存在标准模型之外的未知天文现象和新的物理起源。今后,我们将继续运行望远镜阵列实验,通过我们正在进行的具有四倍灵敏度的升级实验(被称为 TAx4)和下一代天文台,对这种极高能粒子的来源展开更详细的调查"。

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