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在过去的一个世纪中，物理学家们对于宇宙射线一直感到迷惑不解：粒子（主要是质子）高速穿越太空，它们好像均等地来自各个方向。这些星系间射流的来源是什么？它们又是怎样获得了如此高的穿行速度呢？今天，一个跨国研究小组宣布他们向解决这些问题迈出了一大步：令人信服的证据表明，至少部分宇宙射线来自超新星残骸；超新星残骸是恒星爆炸所产生的正在膨胀的物质外壳，起着天然粒子加速器的作用。  . 事实证明，宇宙射线长期以来是一个难解之谜，因为射线间的相互作用掩盖了射线的来源。作为带电粒子，宇宙射线“感觉到”了太空磁场的推拉作用。结果，宇宙射线以长长的弧形轨迹穿越星系，这样地球上的探测器才有可能跟踪到射线的源头。 这些粒子的穿行速度之高表明，它们一定有着猛烈而高能的源泉。长期以来，研究人员一直认为这些高能粒子的来源就是超新星残骸，但是没有办法证明这一点。“我们需要一个中性信使来观测射线的来源，”加州帕洛阿尔托市斯坦福大学的斯蒂芬·芬克说，芬克是170强势研究团队的发言人。伽马射线是作为加速质子的副产品而产生的高能光子，可以充当中性信使的角色，因为这种射线不带电荷，因而是直线穿越太空的。但是，高速电子也会产生伽马射线，此前研究人员不能够区分来自超新星残骸的伽马射线是电子产生的还是质子产生的。“区分这两种伽马射线实属不易，”都柏林高级研究院的卢克·德鲁里说。 1949年，意大利裔美国物理学家恩里科·费米率先提出了一种超新星残骸可能使质子加速的途径。其加速机制大致是这样的：超新星残骸是正在膨胀的球形物质外壳，外壳向外推进变成弥漫于恒星之间的气体——星际介质；这样在物质外壳的前部形成激波，而这个激波阵面携带着复杂的磁场，前面和后面均有磁场；在压缩的气体中，像质子这样的带电粒子可以在两个磁场之间来回弹跳，而且不断地穿越阵面，每次穿越都会使能量突增；最终，带电粒子将会得到足够高的能量而逃脱磁场，作为宇宙射线射向太空。 当高速质子与星际介质中低速的同类粒子碰撞之后，发生互相作用，通常会产生大量的基本粒子，这些基本粒子被称为中性介子。介子衰变后几乎立刻变成两束伽马射线，这些伽马射线就是中性信使，能够证明有高能质子的出现。由超新星残骸加速后的电子也会产生伽马射线，但是这种伽马射线是通过一种不同的机制产生的，两种伽马射线在能谱上稍有不同。由于源于质子的伽马射线实际上来自介子，所以每束伽马射线必定至少拥有一个介子一半的能量，较低能量的伽马射线在能谱上没有显示。相对而言，源于电子的伽马射线显示不出高低能量的分界点。 来自深太空的伽马射线很难被探测到，因为它们还没有到达地面就被地球的大气阻挡在外。以前，轨道上运行的探测器还不能精确探测出能量分界点。但是，美国国家航空航天管理局的费米伽马射线太空望远镜现在可以探测能量分界点了。自从2008年发射升空之后不久，芬克的研究小组就开始利用这架望远镜进行研究。在接下来的四年中，他们研究了两个附近的超新星残骸。“这台仪器并不完美，但是我们能够在能量合适时看到分界点，”芬克说，“我们已经明确地证实，超新星残骸可以为宇宙射线加速。”“这是一项非常重要的研究成果，而且也是期待已久的成果，”德国海德尔堡市马普学会核物理研究所的沃纳·霍夫曼说，“该研究至少解释了这类特殊超新星残骸的情况。” 该研究小组证明，超新星残骸是宇宙射线的一个来源。然而，这是主要来源吗？芬克表示：要想解决这个问题，就需要积累更多的资料，研究更多的天体，至少现在研究人员有了所需要的工具。芬克说：“很久以前，我们对此就有了理论上的认识，现在我们只是拥有了先进技术，利用先进技术来证实以前的认识……从这个意义上来讲，这个研究成果很美妙！” |
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