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来自银河系外的消息

作者:苗千

2017-09-30·阅读时长4分钟

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奥杰天文台发布的宇宙射线想象图

地球无时无刻不受到宇宙射线的轰击。宇宙射线大多是质子或是一些质量更重的带电亚原子粒子,它们的能量各不相同,来源也不尽相同。研究这些宇宙射线的来历,是人们了解宇宙的一个重要手段。有一些能量相对较低的宇宙射线来自银河系内部,这些带电粒子大多产生于银河系内的超新星爆发或是其他天体活动,这些粒子因为会受到银河系磁场的影响,运动轨迹发生偏转,因此当它们到达地球时,会显得像是来自各个方向。还有另外一些能量极高的宇宙射线,它们的来历以及形成原因一直困扰着天文学家。十多年来,在皮埃尔·奥杰天文台工作的天文学家们一直希望能够通过粒子探测解开这个谜题。

一些宇宙射线的能量高到令人无法理解的程度。天文学家探测到的一些带电粒子的能量甚至可以达到在地球上最强大的粒子加速器内所能达到的粒子能量的数百万倍。皮埃尔·奥杰天文台的一个重要目标就是解开这个谜题。在夜空中,利用特殊的望远镜可能会观测到一些宇宙射线与地球大气层中的氮气原子相撞所产生的荧光。另一方面,当这些高能粒子到达地球,与大气层中的粒子发生碰撞时,会产生出众多能量相对较低的粒子。在想象中这些粒子如同阵雨一样洒落地面,面积可达数平方公里。皮埃尔·奥杰天文台就是通过布置在地面上的众多粒子探测器,探测这些到达地面的粒子。

对于能量最强的宇宙射线,尤其是质量相对较轻的质子,它们的运动轨道受到银河系磁场的影响相对较小。在地面上的粒子探测器阵列接收到来自天空中的粒子信号,同时记录下接收时间。通过这样的方式,天文学家就可以大致计算出这些高能粒子碰撞的方向,希望可以进而判断出它们产生的机制。有人怀疑,对于具有如此高能量的带电粒子,最有可能的来源就是银河系中心的超巨型黑洞,经由这个黑洞的巨大引力场对其进行加速。但也有人怀疑,这些具有极高能量的带电粒子来自银河系之外。早在2007年,皮埃尔·奥杰天文台的天文学家们就在《科学》杂志上发表过一篇论文《高能量宇宙射线与邻近银河系外天体的联系》(Correlation of the Highest-Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects),论述这些最早于1962年发现的具有超高能量的宇宙射线可能来自银河系外的星系。但是这篇论文在学术界引发的反应并不一致,有人认为这篇论文提供的证据太过牵强,不能令人信服。

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苗千

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