就是要問你從哪來！科學(xué)家首破解，超高能宇宙射線來自銀河系外

天文學(xué)家卡爾·薩根曾說過：“我們DNA中的氮、我們牙齒中的鈣、我們血液中的鐵、我們蘋果餡餅中的碳，都是在塌陷的恒星內(nèi)部制成的。我們都只是宇宙的塵埃。”簡單來說，如果有朝一日我們能夠理解宇宙射線及起源，就同樣可以幫助了解宇宙、星系、甚至是人類自身的根本。

宇宙射線是來自外太空的帶電高能次原子粒子，半個世紀以來，科學(xué)家們一直未能解讀出最強大的射線來自何方。超高能宇宙射線的能量范圍可以從109~1020電子伏特（比1億兆還要高）；或者說，比世上最大的人造粒子加速器“大型強子對撞機（LHC）”粉碎質(zhì)子的能量還要高出1，000萬倍。

由于沒有任何標準的超新星、脈沖星或黑洞能將粒子加速到如此巨大的能量，更沒有人可以確定哪些因素會導(dǎo)致粒子變得如此精力充沛，因此科學(xué)家被這類射線困擾逾50年，其來源和機制一直是高能天體物理學(xué)最難解的謎之一。

要辨識超高能宇宙射線來源還有一個大障礙，在于科學(xué)家難以弄清其實際存在什么粒子，因為它們在來到地球的途中會和星際物質(zhì)碰撞產(chǎn)生衍生宇宙線（二次粒子），然后與地球大氣層分子相撞，最后數(shù)十億個分子在空中化成一場基本粒子雨，以近乎光速的速度下降。

▲超高能宇宙射線穿透大氣層時化成粒子雨。（Source：皮埃爾·奧格天文臺）

為了檢測宇宙射線，一個由18個國家、400位科學(xué)家組成的國際天文團隊利用阿根廷的皮埃爾·奧格天文臺，耗費12年時間收集、觀察超過3萬種最有活力的高能粒子，并在天空中擬繪分布圖，果然發(fā)現(xiàn)這些粒子雖然在整個天空并不均勻分布，但有很高比例是源自同一方向。

皮埃爾·奧格天文臺是目前世上最大的宇宙射線觀測臺，1，600個探測箱陣列在阿根廷大草原上一字排開，每個探測箱裝著12噸的水，總占據(jù)3，000平方公里，約香港面積的3倍。這些探測箱能捕捉帶電粒子通過介質(zhì)水時發(fā)射的電磁沖擊波（Cherenkovlight，切倫科夫光），研究人員將來自許多探測箱的訊息綜合起來，就能找到原始宇宙射線的方向并確定它們來自何方。

如果超高能宇宙射線的來源是銀河系，那么路徑應(yīng)該指向銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞，然而研究人員發(fā)現(xiàn)，超高能量宇宙射線主要來自距離銀河系核心方向約90度的大面積天空。至此，科學(xué)家終于相信超高能宇宙射線來自銀河系外，雖然還是不知道什么會產(chǎn)生這些射線、射線具體到底來自哪些星系，但可以想見的是，將有一堆論文接踵而來。

美國內(nèi)布拉斯加州-林肯大學(xué)物理學(xué)家格雷戈里·斯諾（GregorySnow）說，超高能粒子只能源于“極度暴力”的天體物理現(xiàn)象，這代表銀河系之外的某些星系中心存在極令人震撼的超大質(zhì)量黑洞。合著者荷塞·貝利多（JoseBellido）則表示，也可能是星系相撞造成的巨大沖擊。這項研究發(fā)布在《科學(xué)》期刊。

Multi-resolutionanisotropystudiesofultrahigh-energycosmicraysdetectedatthePierreAugerObservatory

Detectingcosmicraysfromagalaxyfar，faraway

ThemostenergeticcosmicrayspeltingEartharecomingfromoutsideourgalaxy

FromGalaxiesBeyondtheMilkyWay

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