最高能量“宇宙飛彈”被“捕捉”
中日科學家發現PeV能量宇宙線源存在于銀河系
邁出解開宇宙線起源謎題的重要一步
宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子流，它發現于1912年，一般認為其與宇宙的形成、天體的演化、甚至可能與地球歷史上的生物滅絕相關，被稱為“宇宙飛彈”。但是，宇宙線的起源、特別是能量高達PeV（1000萬億電子伏特）的高能宇宙線的起源卻是未解的世紀謎題。
中日科學家在中國西藏羊八井聯合進行的西藏ASγ實驗取得的最新成果，為揭開這個謎題提供了契機——觀測到迄今為止最高能量的彌散伽馬射線輻射，最高能量達957TeV。該實驗的中方負責人、中國科學院高能物理研究所研究員黃晶介紹，科學家們發現這些超高能伽馬射線并沒有指向已知的低能段伽馬射線源，而是彌漫分布在銀盤上，“這是國際上首次發現PeV能量宇宙線源在銀河系中存在的證據”。
相關觀測結果將于4月5日發表在學術期刊《物理評論快報》上，美國物理學會評論這一成果為研究高能宇宙線起源“世紀之謎”的里程碑。
宇宙線主要由質子和其他原子核組成。一般認為，宇宙線產生于天體的劇烈活動，比如超新星爆發，然后被“拋”向廣袤星際空間。黃晶說：“通常低于幾個PeV能量的宇宙線被認為主要產生于銀河系內。能將宇宙線加速到PeV能量的天體，也被稱為‘拍電子伏特宇宙線加速器（PeVatron）’，它究竟在哪里卻并不清楚。根據理論模型，超新星遺跡、恒星形成區和銀河系中心的超大質量黑洞等是候選的PeVatrons，但迄今為止并沒有任何一個得到觀測證實。”
黃晶解釋，判斷高能宇宙線起源的主要困難在于，帶電的高能宇宙線粒子在銀河系傳播的過程中，其運動方向會被磁場偏轉，無法通過直接探測搜尋其源頭方向。“但是高能宇宙線中含有很少的伽馬射線，它不帶電，能夠沿直線傳播，就可以反推其起源。”黃晶說，“但也因為其稀少，想要找到它也非常困難。”
中日科學家在西藏羊八井堅守30年，終于等到了這難得的“天外來客”。這次ASγ實驗在銀盤上發現超高能彌散伽馬射線，其能譜特征與PeV能量宇宙線和銀河系分子云碰撞產生伽馬射線的模型預言相符。黃晶說：“就像是PeVatron在銀河系內留下的一串串足跡，是PeVatron存在于銀河系的重要證據，也就是說，高能宇宙線也可能起源于銀河系內。”
科學家已經朝著解開高能宇宙線起源的世紀之謎邁出了重要一步，但還有很多未解的謎題。“比如我們現在只知道PeVatron廣泛存在于銀河系中，但它們具體是什么天體、數量有多少還沒有定量的分析。”黃晶說，而這些都將是科學家未來努力的方向。（記者齊芳）
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