宇宙射线源于超新星遗迹添新证

来源: 《中国科学报》 2021-08-27 05:00:15

1912年,科学家发现了宇宙中能量最高的带电粒子流——宇宙射线。自那时起,科学家一直试图解开宇宙射线起源谜团,因为宇宙射线促进了星际物质的化学演化,了解其起源对理解银河系演化至关重要。

此前研究认为,宇宙射线是由银河系中的超新星遗迹(超新星爆发后的产物)对粒子加速形成的,到达地球的速度近乎光速。近日,一项发表于《天体物理学杂志》的研究首次成功量化了超新星遗迹中宇宙射线的质子和电子成分。根据对射电、X射线和伽马射线辐射的新成像分析,研究人员发现,宇宙射线发出的超高能伽马射线中至少有70%是由质子引起的。

这是科学家首次定量显示超新星遗迹中产生的宇宙射线数量,也是阐明宇宙射线起源的关键一步。这项研究证实了银河系宇宙射线是由超新星遗迹中质子加速行为产生的。

此前对伽马射线的最新观测表明,许多超新星遗迹以太电子伏特的能量发射伽马射线。如果伽马射线是由质子(组成宇宙射线的主要带电粒子)产生的,那么超新星遗迹起源的假设就可以得到证实。但是,伽马射线本身就是由带电粒子产生的,因此必须确定质子或电子源是否占主导地位,并测量二者的贡献比率。日本名古屋大学研究人员领导的国际团队对此展开了研究。

此前研究表明,质子产生的伽马射线强度与射线成像观测获得的星际气体密度成正比。此外,科学家预期电子产生的伽马射线强度与同样由电子产生的X射线强度成正比。

由此,研究人员原创性地将伽马射线辐射用质子和电子成分的线性组合表示,即将总伽马射线强度表示为质子源和电子源伽马射线的总和。结果表明,质子源和电子源伽马射线分别占总伽马射线的70%和30%。研究还发现,质子源伽马射线在星际气体富集区域占主导地位,电子源伽马射线在星际气体贫乏区域主导力增强。这表明两种机制共同作用于伽马射线。

据悉,通过使用下一代伽马射线望远镜——切伦科夫望远镜阵列,上述新方法将应用于更多的超新星遗迹观测分析中,极大推进宇宙射线起源研究。(徐锐)

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