◎ 科技日報記者 金鳳
100多年前，人類發現了一類來自外太空的高能粒子——宇宙線，它們主導著鈹和硼等元素的形成，還能產生碳14等不穩定原子核。然而宇宙線的起源，堪稱世紀之謎。
4月2日，記者從中國科學院紫金山天文臺獲悉，該臺研究員劉四明團隊發表于國際著名刊物《天體物理學報》（ASTROPHYSICAL JOURNAL）的一項研究，揭示了一種可能性。他們在國際上首次發現，超新星遺跡可以將宇宙線最多加速到一百萬億電子伏（100TeV）。
“這和傳統觀念認為的超新星遺跡可以把宇宙線加速到千萬億電子伏（PeV）相矛盾，這預示著，還有一類超高能宇宙線源，能將宇宙線加速到一百萬億電子伏以上。但后者來自哪里，還需要研究。”本文的通訊作者劉四明說。
伽瑪射線超新星遺跡在銀河系的分布。顏色對應于10GeV處的伽瑪射線光度，圓圈對應于硬譜超新星遺跡。劉四明供圖
宇宙線在大氣中可以產生大量次級高能粒子，這些粒子通過在生物體中產生一定的輻射劑量，潛移默化地影響物種演化。
“宇宙線粒子的能量很高，它們產生于天體的爆發過程。而超新星爆發產生的遺跡，被認為是銀河系中最重要的宇宙線源。”劉四明說，基于宇宙線流量隨能量變化的能譜特征，人們一般認為千萬億電子伏以下的宇宙線，來自于銀河系的爆發過程，而百億億電子伏之上的宇宙線主要來自于超大質量黑洞的吸積過程。
他介紹，過去十幾年的觀測分析表明，幾十億電子伏到幾萬億電子伏的宇宙線，可能主要來自于在周圍氣體密度比較高的環境中演化的超新星遺跡。這些遺跡的伽瑪射線流量隨著能量的增加迅速降低，大部分伽瑪射線在幾億電子伏能段被輻射出來。另一方面，在周圍氣體密度比較低的環境中演化的超新星遺跡的伽瑪射線流量，隨著能量的增加會降低地慢一些，這往往被稱作硬譜，并且可以把宇宙線加速到幾十萬億電子伏。
不過，這一現象隨著研究團隊的最新發現，將有更多可能性。“我們收集了距地球1000光年到5萬光年的近40個伽瑪射線超新星遺跡的多波段觀測數據，分析了其中十幾個在低氣體密度的環境中演化的伽瑪射線超新星遺跡，結果發現，這些遺跡最多可以把宇宙線加速到約一百萬億電子伏，這意味著100TeV之上的超高能宇宙線來自于另外一類宇宙線源。”劉四明說。
研究同時標注了已知的伽瑪射線超新星遺跡在銀河系的分布。他們發現，硬譜伽瑪射線超新星遺跡主要分布在太陽系附近，并且它們的伽瑪射線光度總體偏低。而明亮的伽瑪射線超新星遺跡距離太陽系比較遠。
來源：科技日報
編輯：張爽
審核：朱麗
終審：何屹
