超高能宇宙射線「天照粒子」撞擊地球！起源竟來自宇宙空洞
作者 Emma stein | 發布日期 2023 年 11 月 24 日 12:28
2021 年，一個高能量粒子從太空墜落到地球表面，攜帶高達 244 EeV 能量，成為迄今已知能量第 2 高的宇宙射線。科學家將之命名為天照粒子，追溯起源還發現它來自宇宙大尺度空洞結構，科學家目前不清楚是什麼物體、機制催生出能量如此高的宇宙射線。
當強大宇宙射線撞擊地球大氣層氣體分子，會衰變成各種高能粒子並被地面望遠鏡偵測，透過追蹤這些粒子來源，研究人員能估計原始宇宙射線威力有多大。
多年來，許多有趣粒子推動了物理學領域進展，例如有「上帝粒子」之稱的希格斯玻色子（賦予其他粒子質量）、被暱稱為「天啊粒子（ Ohmy God particle ）」的超高能宇宙射線（ ultra-high-energy cosmic ray ， UHECR ）。
Ohmy God 粒子於 1991 年 10 月 15 日在美國猶他州杜格威試驗場被複眼相機探測到，迄今仍是觀測已知最高能量宇宙射線，能量達 320 EeV ，動能相當於棒球以每小時 100 公里速度移動，挑戰當時有關宇宙射線起源與傳播的理論。
最近日本大阪公立大學天文學家 Toshihiro Fujii 領導的團隊宣布，望遠鏡陣列實驗於 2021 年 5 月 27 日檢測到迄今已知能量第 2 高的超高能宇宙射線，達 240 EeV ，比人造粒子加速器產生的最強粒子能量高百萬倍，以日本太陽女神之名命為「天照粒子（ Amaterasu particle ）」。
天照粒子來源神秘
多數宇宙射線由質子組成，攜帶各種能量穿越太空，但極高能量的宇宙射線粒子勢必經過某種東西加速。被加速到超過 100 EeV 能量的粒子每世紀僅有 1 個會抵達地球，超過 200 EeV 更加稀有，而單純的超新星事件也辦不到這種加速節奏，因此至今仍不清楚 Ohmy God 粒子是什麼類型粒子，研究人員也僅能確認天照粒子來自銀河系外。
而研究人員回溯路徑後發現天照粒子更加神秘：它的入射方向與任何已知劇烈天文物體都不相符，或者說太陽系 1.6 億光年範圍內，未檢測到任何強度足以產生天照粒子的物體。
希臘克里特大學天文物理學家 Vasiliki Pavlidou 表示，天照粒子實際上來自宇宙大尺度結構中幾乎沒有星系存在的空洞，該區域沒有已知星系、星雲或其他結構。
雖然宇宙射線有可能起源自他處，被其他大質量物體磁場偏轉後才指向我們，但研究人員表示超高能宇宙射線比能量較低的宇宙射線更難被偏轉。
目前還不清楚什麼物體、機制產生如此強大的宇宙射線，幾個可能來源包括超新星爆炸、黑洞合併、脈衝星、或者銀河系邊緣一個尚未發現的天體。
新論文發表在《科學》（ Science ）期刊。
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（首圖來源：大阪公立大學）
