一條極其強(qiáng)大的宇宙射線撞擊地球:我們不知道它來自哪里
撞擊地球大氣層的宇宙射線絕對(duì)讓天體物理學(xué)家大吃一驚。
這個(gè)微小的粒子攜帶的能量超過240埃納電子伏特,即2.4×1020電子伏特 – 僅次于著名的、令人興奮的Oh-My-God 粒子早在 1991 年就檢測(cè)到,其 320 exa 電子伏特。
但這是尾巴上的刺痛。就像Oh-My-God粒子一樣,科學(xué)家們無法追蹤到一個(gè)明顯的來源。
“這些粒子的能量如此之高,它們不應(yīng)該受到銀河系和銀河系外磁場(chǎng)的影響。你應(yīng)該能夠指出它們?cè)谔炜罩衼碜阅睦?,?a>物理學(xué)家約翰·馬修斯(John Matthews)說猶他大學(xué)(University of Utah)和望遠(yuǎn)鏡陣列(Telescope Array)合作組織的成員。
“但是就Oh-My-God粒子和這個(gè)新粒子而言,你追蹤它的軌跡到它的來源,沒有什么高能量足以產(chǎn)生它。這就是其中的奧秘——這到底是怎么回事?
宇宙射線有點(diǎn)宇宙難題。我們已經(jīng)能夠檢測(cè)到它們一個(gè)多世紀(jì),但我們?nèi)匀粵]有真正清楚地了解它們?cè)谡麄€(gè)宇宙中傳播的所有不同方式。
它們實(shí)際上不是輻射,就像光一樣;它們是粒子,主要是原子核,但也有亞核粒子,如質(zhì)子和電子。它們以接近光速的速度在宇宙中流動(dòng),其力量比它們應(yīng)有的要大。
科學(xué)家認(rèn)為他們是在精力充沛的環(huán)境中產(chǎn)生,例如超新星和恒星碰撞。能量較低的來源,如恒星(包括太陽)產(chǎn)生低能量的宇宙射線,但更強(qiáng)大的宇宙射線被證明有點(diǎn)難以確定。
我們的大氣層保護(hù)我們免受宇宙射線的傷害,這是其實(shí)很棒,但我們?nèi)匀挥幸恍┓浅S行У姆椒▉頇z測(cè)它們。
當(dāng)宇宙射線撞擊大氣層,它與其中的其他粒子碰撞,產(chǎn)生陣陣粒子落到地球上。我們有天文臺(tái)可以探測(cè)到這些粒子,將它們與產(chǎn)生它們的宇宙射線碰撞聯(lián)系起來。
然而,高能宇宙射線產(chǎn)生的陣雨落在一個(gè)相對(duì)較大的區(qū)域,這意味著如果我們想以任何精度重建粒子事件,我們需要覆蓋相當(dāng)大的地面。
這望遠(yuǎn)鏡陣列由國際合作組織運(yùn)營,有效探測(cè)面積為700平方公里(270平方英里)。
2021 年 5 月 27 日,陣列接收到一個(gè)信號(hào)。在進(jìn)行計(jì)算和分析,并檢查和重新檢查后,望遠(yuǎn)鏡陣列合作得出的結(jié)論是,他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能量尺度與Oh-My-God粒子相當(dāng)?shù)牧W印?/p>
“當(dāng)我第一次發(fā)現(xiàn)這種超高能宇宙射線時(shí),”物理學(xué)家Toshihiro Fujii說領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的大阪都立大學(xué)說:“我認(rèn)為一定有一個(gè)錯(cuò)誤,因?yàn)樗@示了過去三十年來前所未有的能量水平。
這一發(fā)現(xiàn)是使用與揭示Oh-My-God粒子的技術(shù)不同的技術(shù)進(jìn)行的,并且在天空的不同部分,這表明這些觀測(cè)雖然罕見,但代表了真實(shí)的天體物理事件。Oh-My-God的檢測(cè)不是僥幸,也不是錯(cuò)誤。
研究小組將這種新粒子命名為天照大神,以強(qiáng)大的神道教太陽女神.研究人員說,兩者都可能是質(zhì)子。
而且,超高能宇宙射線的確認(rèn)意味著我們現(xiàn)在手上有一點(diǎn)泡菜。你看,超高能粒子有一個(gè)明顯的截止,這種能量被稱為Greisen-Zatsepin-Kuzmin 極限,位于 5 x 1019電子伏特。
這被認(rèn)為是粒子在大約1.6億光年的長距離上可以保持的最大能量,因?yàn)橛钪嫔渚€在太空中旅行時(shí)會(huì)失去能量.
顯然,在離我們這么遠(yuǎn)的距離內(nèi),有一些東西可以產(chǎn)生宇宙射線,但在太陽系的1.6億光年內(nèi),還沒有發(fā)現(xiàn)任何強(qiáng)大到足以產(chǎn)生天照大神或天照大神的東西。
“人們認(rèn)為有能量的東西,比如超新星,遠(yuǎn)沒有達(dá)到足夠的能量。馬修斯 說.“你需要大量的能量,非常高的磁場(chǎng)來限制粒子,同時(shí)它被加速。
而追溯天照大神似乎穿越太空的路線,就會(huì)回到一個(gè)宇宙虛空– 星系趨向于聚集的細(xì)絲之間的空間區(qū)域,內(nèi)部相對(duì)較少。這意味著我們以某種方式遺漏了一些東西。
也許磁場(chǎng)在粒子加速方面比我們想象的要好。也許附近有一個(gè)我們沒有看到的來源。或者,也許這些粒子將我們指向一種從未見過的天體物理現(xiàn)象。
“可能是時(shí)空結(jié)構(gòu)缺陷,碰撞的宇宙弦,”物理學(xué)家約翰·貝爾茲(John Belz)說猶他大學(xué)。
“我的意思是,我只是在吐出人們想出的瘋狂想法,因?yàn)闆]有傳統(tǒng)的解釋。這真是個(gè)謎。
該研究已發(fā)表在科學(xué).
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