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天文学家认为他们终于知道银河系宇宙射线的来源

近一个世纪前,科学家们开始意识到我们在地球大气层中检测到的一些辐射并非来自本地。

这最终导致了宇宙射线、高能质子和原子核被剥离电子并加速到相对论速度(接近光速)的发现。

然而,围绕这种奇怪(且致命)的现象仍有许多谜团。

这包括关于 他们的起源 以及宇宙射线的主要成分(质子)是如何以如此高的速度加速的。

由于名古屋大学的新研究,科学家们首次确定了超新星遗迹中产生的宇宙射线量。

这项研究帮助解开了一个有着 100 年历史的谜团,是朝着准确确定宇宙射线源迈出的重要一步。

虽然科学家认为宇宙射线有多种来源——我们的太阳、超新星、伽马射线暴 (GRB) 和 活动星系核 (又名类星体)——它们的确切起源自 1912 年首次被发现以来一直是个谜。

同样,天文学家假设超新星遗迹(超新星爆炸的后遗症)是导致它们加速到接近光速的原因。

当它们穿过我们的银河系时,宇宙射线在星际介质 (ISM) 的化学演化中发挥作用。 因此,了解它们的起源对于了解星系如何演化至关重要。

近年来,随着观测的改进,一些科学家推测超新星遗迹会产生宇宙射线,因为它们加速的质子与 ISM 中的质子相互作用形成高能伽马射线 (VHE)。

然而,伽马射线也是由电子与 ISM 中的光子相互作用产生的,它可以是红外光子的形式,也可以是来自 宇宙微波背景 (CMB)。 因此,确定最大的来源对于确定宇宙射线的起源至关重要。

为了阐明这一点,包括名古屋大学成员在内的研究团队, 日本国立天文台 (NAOJ),澳大利亚阿德莱德大学 – 注意到超新星遗迹 RX J1713.7? 3946 (RX J1713)。

他们研究的关键是他们开发的用于确定星际空间中伽马射线源的新方法。

先前的观察表明,来自 ISM 中质子与其他质子碰撞的 VHE 伽马射线的强度与星际气体的密度成正比,可以使用射电线性成像进行区分。

另一方面,ISM 中电子与光子相互作用产生的伽马射线也预计与电子的非热 X 射线强度成正比。

在他们的研究中,该团队依赖于高能立体系统 (HESS)、位于纳米比亚的 VHE 伽马射线天文台(由马克斯普朗克核物理研究所运营)获得的数据。

然后,他们将其与欧洲航天局 X 射线多镜任务 (XMM-Newton) 天文台获得的 X 射线数据和星际介质中气体分布的数据相结合。

然后,他们将所有三个数据集结合起来,确定质子占宇宙射线的 67 ± 8%,而宇宙射线电子占 33 ± 8%——大约是 70/30 的分裂。

这些结果是开创性的,因为它们是第一次确定宇宙射线的潜在起源。 它们也构成了迄今为止最明确的证据,证明超新星遗迹是宇宙射线的来源。

这些结果还表明,来自质子的伽马射线在富含气体的星际区域更常见,而由电子诱导的伽马射线在气体贫乏的区域增强。

这支持了许多研究人员的预测,即这两种机制共同作用来影响 ISM 的发展。

她说 该研究的主要作者福井康夫名誉教授说:“如果没有国际合作,这种新方法是不可能实现的。 [It] 除了现有的天文台,它将使用下一代伽马射线望远镜(CTA)(切伦科夫望远镜阵列)将其应用于更多的超新星遗迹,这将成为宇宙射线起源研究的重大进展。”

除了领导这个项目,福井自 2003 年以来一直致力于确定星际气体的分布,使用 南滩 射电望远镜在 拉斯坎帕纳斯天文台 在智利和 澳大利亚紧凑型望远镜.

感谢阿德莱德大学的 Gavin Roel 教授和 Sabrina Aeneke 博士(研究合著者)以及 HESS 团队,伽马射线天文台的空间分辨率和灵敏度终于达到了可以在两者之间进行比较的地步。

同时,共同作者 NAOJ 的 Hidetoshi Sano 博士领导了对来自 XMM-牛顿天文台的档案数据集的分析。 在这方面,本研究还展示了国际合作和数据共享如何使各种前沿研究成为可能。

结合改进的工具、改进的方法和更多的合作机会,正在引领一个占星学突破成为常态的时代!

这篇文章最初发表于 今天的宇宙. 阅读 来源文章.

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