本文来自微信公众号:自然系列 (ID:nature-portfolio),作者:Gemma Conroy,题图来自:视觉中国


天文学家检测到一个巨大的伽玛射线泡,可能是银河系最强大宇宙射线(从宇宙空间来到地球的高能粒子)的来源之一。


这个被称为“超级宇宙线加速源(super PeVatron)”的增压星系加速器能够释放出能量至少为10千万亿电子伏(PeV;1016 电子伏)的能量,突破了人们认为这种粒子在银河系所能达到的能量上限。


天鹅座恒星形成区Cygnus OB2的条件非常适合产生高能宇宙射线。来源:X射线:NASA/CXC/SAO/J. Drake et al;H-alpha:Univ. of Hertfordshire/INT/IPHAS;红外:NASA/JPL-Caltech/Spitzer


这些发现发表在Science Bulletin[1]上,证实了银河系中存在这类高能来源。“这样的东西我们已经寻觅多年。”研究共同作者、中国科学院高能物理研究所的天体物理学家曹臻说。“如今我们终于看到它了。”


宇宙射线是一种亚原子粒子,经常是质子或原子核,以接近光速的速度在宇宙中穿行。银河系的宇宙射线能够达到至少几PeV的能量,但定位超高能宇宙射线的来源有很大的困难。这是因为宇宙射线在太空中呼啸而过时会在磁场中反弹,意味着它们的飞行路径极为错综复杂,难以定位其起源。为了解决这个问题,研究者测量了伽玛射线光子——这是由宇宙射线与星际气体相互作用产生的粒子。伽玛射线带有宇宙射线10%的能量,而且它们是直线传播的,因此更容易确定宇宙射线可能的来源。


曹臻和同事使用中国稻城的高海拔宇宙线观测站(LHAASO)测量从Cygnus OB2(天鹅座的一处巨大恒星形成区)发出的伽玛射线。


LHAASO团队探测到一个巨大的伽玛射线泡状结构,发射多个能量超过1 PeV的光子,其中一个达到2.5 PeV。曹臻说,这表明这一区域可能产生能量达到至少10-25 PeV的宇宙射线。


Cygnus OB2里炽热年轻的恒星产生的恒星风达到每秒数千公里,曹臻说。当这些风与恒星间的气体和其他物质碰撞,就会产生理想的条件,将宇宙射线加速到高能量水平。


澳大利亚阿德莱德大学的天体粒子物理学家Gavin Rowell说,这些观察表明,源于银河系的宇宙射线可能达到的能量远高于此前认为,“这些结果确实激动人心。”他说。


接下来,曹臻和他的团队将会更精细地调查Cygnus OB2,尝试确定星团中高能宇宙射线的精确来源。曹臻说,他们还将继续寻找银河系中其他的超级加速器。


参考文献:

1.LHAASO Collaboration. Sci. Bull. 69, 449–457 (2024).


原文以Giant ‘bubble’ in space could be source of powerful cosmic rays标题发表在2024年2月26日《自然》的新闻版块上


本文来自微信公众号:自然系列 (ID:nature-portfolio),作者:Gemma Conroy