半世紀未解的天文謎團破解！科學家揭曉「超高能宇宙射線」來自何方
2017-09-22
一個大型國際研究團隊 21 日說，他們首次證實地球上探測到的「超高能宇宙射線」不是來自銀河系內，而是源自銀河系之外的遙遠星系。超高能宇宙射線的能量超過 10 的 18 次方電子伏特（ eV ），遠遠高於人造粒子加速器所能達到的能量。人類研究這類射線已有 50 多年，但其來源和機制仍然是個謎。
由來自 18 個國家 400 多名科學家組成的研究團隊在新一期美國《科學》（ Science ）期刊上報告說，他們發現，這些宇宙射線（ cosmic rays ）從太空射向地球的方向分布並不均勻，而是偏向於來自某特定方位，而這個方位與銀河系（ Galaxy ）中心方向偏差 120 度，顯示超高能宇宙射線不是像一些科學家認為的那樣來自銀河系內。
這個研究團隊是在對皮埃爾．奧熱天文台（ Pierre Auger Observatory ） 2004 年至 2016 年間採集的數據進行分析後獲得上述發現的。皮埃爾．奧熱天文台位於阿根廷，擁有 1660 個粒子探測器，每個盛裝 12 噸的純水，分布面積達 3000 多平方公里，是世界上已建成的最大宇宙射線觀測站，目前有來自 18 個國家的 400 多位科學家參與研究計畫。
研究共同作者美國內布拉斯加大學（ University of Nebraska-Lincoln ）物理學教授史諾（ Gregory Snow ）說：「還有一些其他證據，但是這篇論文真正證實了具有最高能量的宇宙射線粒子多數不是來自銀河系內。」宇宙射線由多種元素的原子核組成，最輕的是氫（質子），最重的是鐵。
史諾說，地球上探測到的來自太陽的宇宙射線粒子都是低能量粒子，其能量遠遠低於皮埃爾．奧熱天文台探測到的粒子能量（平均 2 焦耳）。「我們探測到的粒子能量是如此巨大，所以它們一定來自（星系中心的大型黑洞等）極其劇烈的天體物理現象」。
儘管這項發現證實超高能射線來自銀河系外，但它們的確切來源仍是未知。研究人員解釋說，這主要是因為在星系磁場的作用下，這些帶電粒子的飛行方向可能偏轉了幾十度。另外，超高能宇宙粒子比較罕見，地球大氣層上方每年每平方公里才會見到 1 個，相當於足球場那麼大的地方每 100 年才見到一個，這增加了研究的難度。
史諾指出，宇宙射線提供了有關宇宙結構的線索，「通過瞭解這些粒子的起源，我們希望更多地瞭解宇宙的起源、大爆炸以及星系和黑洞的形成等等……這些是天體物理學中最重要的一些問題。」
