超新星“残骸”在深空爆发宇宙射线

一些与地球相撞的空间辐射具有爆炸性起源。

天文学家发现了来自超新星可能会爆炸高能粒子的爆炸 – 或宇宙射线 – 经常轰炸地面。

他们的新发现将来自垂死恒星的冲击波和碎片与太空中的高能天然质子加速器联系起来，称为 PeVatrons。这些有趣的宇宙加速器——它们的名字来源于它们将粒子能量提高到极端 β 电子伏特 (PeV) 水平的能力——尚未得到最终确定。

在这项研究之前，已经对少数可疑的 PeVatron 进行了指纹识别，包括我们中心的一个银河系星系。研究小组表示，他们对超新星爆炸残余物的新发现——一种名为 G106.3 + 2.7 的物质云——可能是迄今为止最有希望的候选者。

碎片隐藏在距离地球2600光年的地方，形状像彗星，有光泽脉冲星一端是高自旋磁中子星。

由于中子星是在恒星经历引力坍缩时形成的，这也会引发超新星，因此研究人员有充分的理由相信脉冲星和超新星碎片云起源于同一个猛烈事件。

天文学家利用美国宇航局的费米大面积望远镜探测到一种高能伽马射线辉光，这表明 G106.3 + 2.7 可能具有与 PeVatron 相关的壮举，即以相当于 100 亿电子伏特的能量爆破粒子——大 10 倍. 就像产生的能量一样大型强子对撞机地球上最强大的粒子加速器。

“理论家认为，银河系中能量最高的宇宙射线质子高达 100 亿电子伏特或 PV 能量，”美国宇航局威斯康星大学麦迪逊分校物理学副教授 Qi Fang 说。陈述。（在新标签中打开） “很难确定它们来源的确切性质，我们称之为 Biphatron。”

科学家们认为，当带电粒子被周围的磁场捕获时，来自死星的超新星碎片会将粒子加速到如此高的能量。这个过程允许来自超新星的冲击波反复撞击被捕获的粒子，每次都增加它们的能量。最后，这些粒子能量太大，超新星遗迹无法容纳，粒子以接近光的速度像宇宙射线一样逃到太空中。

很难将宇宙射线追踪到超新星碎片，因为构成宇宙射线的质子是带电的。因此，宇宙射线在穿越太空的过程中与磁场相互作用时会受到散射。因此，当射线最终到达我们的星球时，天文学家无法轻易分辨出射线来自哪个方向。

由于质子加速到如此高的速度会导致伽马射线的发射，这种高能光可以成为探测宇宙射线源的一个很好的替代方案。

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费米和位于亚利桑那州南部弗雷德劳伦斯惠普尔天文台的极端活跃成像望远镜阵列系统 (VERITAS) 从 G106.3+2.7 超新星碎片的尾部探测到伽马射线。此外，其他天文台也发现了来自同一区域的极高能光子，表明这可能确实是PeVatron。

“一段时间以来，这个物体一直引起人们极大的兴趣，但要将其冠以 PeVatron，我们必须证明它可以加速质子，” 研究员 Henrik Fleischack 美国宇航局戈达德太空飞行中心在马里兰州格林贝尔特。

“重要的是加速到几百 TeV 的电子可以产生相同的发射。现在，借助 12 年的费米数据，我们认为我们已经确定 G106.3 + 2.7 确实是 PeVatron。”

为了分析来自彗星状云的伽马射线，该团队首先必须计算出一颗脉冲星——称为 J2229 + 6114——它在快速旋转时会发出自己的伽马射线。由于高能光仅在脉冲星自转周期的一半期间射向地球，研究人员简单地忽略了此期间的伽马射线发射。

G106.3 + 2.7 尾似乎发射出不少能量低于 10 吉电子伏特 (GeV) 的伽马射线光子；在这个标准之上，脉冲星的影响是最小的。没有低于 10 GeV 的伽马射线也表明检测到的发射不是由加速电子引起的。

这一发现使研究人员得出结论，来自 G106.3 + 2.7 的一些伽马射线的来源确实是质子加速到 PeV 水平的能量。

“到目前为止，G106.3 + 2.7 是独一无二的，但它可能会成为发射高达 TeV 能量的伽马射线的新超新星遗迹中最亮的成员，”Fang 说。 “费米和高能伽马射线天文台未来的观测可以探测到更多的它们。”

该团队的研究结果在 8 月 10 日期刊上发表的一篇研究论文中进行了讨论物理审查信。（在新标签中打开）

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