科学家们对超高能宇宙射线热点的神秘起源有了新的认识

在来自外太空的许多粒子中，存在具有极高能量的粒子以近乎光速传播，这相当于以100米/秒的速度投掷的棒球。已经提出了对这些超高能粒子起源的新假设，因此引起了全世界的特别关注。

由联合国教科文组织自然科学学院的Dongsu Ryu教授领导的一个韩国研究人员团队，对这种几十年来困扰天体物理学家的超高能宇宙射线(UHECR)的神秘起源有了新的认识。他们的研究表明，这些粒子来自连接到室女座星系团的星系，在热点周围的天空中，它们在天空中的位置与具有高统计显着性的热点事件相关。

宇宙射线是从外太空到达的亚原子粒子，由于它们的快速运动而具有高能量。其中，超高能宇宙射线(UHECR)是能量超过10 19 eV(约8焦耳)的物质，一个称为Greisen-Zatsepin-Kuzmin极限(GZK极限)的阈值。因此，一个UHECR的能量比用地球粒子加速器产生的最高能量高一千万倍，约为10 13 eV。

尽管已知UHECR主要来自银河系之外，但它们的起源仍然未知。为了解决UHECR的神秘面纱，建立了一个国际合作项目 - 望远镜阵列(TA)项目，该项目旨在收集有关UHECR热点的数据。

处女座群星系。图片来源：Rogelio Bernal Andreo

在这项研究中，Ryu教授和他的研究团队专注于TA的最新发现 - 检测北部天空中高浓度的UHECR事件，被称为热点。

位于犹他州的TA实验是研究北半球UHECR的最大实验，并在5年内(从2018年5月11日至5月4日)检测到约72个UHECR(5.7×10 20 eV)。 2013)。其中，19个UHECR来自一个以Ursa Major星座为中心的新发现的热点。然而，在大熊座的星座附近，似乎没有能够产生UHECR的天体。因此，天体物理学家一直在讨论寻找UHECR起源的各种可能性。

为了解决这个谜团，Ryu教授和他的研究团队分析了一个附近星系的数据库，发现它们与三个“星系细丝”紧密相关，这三个“星系细丝”与热点附近的室女座星系相连。“通过计算机模拟，我们证明了UHECR实际上是在室内光谱团内生成的，并且在它们撞击地球大气层之前沿着星系细丝传播，”该研究的通讯作者Ryu教授解释说。

“UHECR的一个或多个来源可能是众所周知的天文物体，如处女座群中的无线电星系处女座A或冲击波，而不是诸如宇宙学缺陷或暗物质粒子等未知物，”Ryu教授说。“我们的研究强烈表明，这种星系细丝或冲击波可能是UHECR事件的起源。”

模拟模型宇宙的星系际空间中UHE质子轨迹的示意图。簇由蓝色调表示，而灯丝由红色调表示。轨迹用白点绘制。图片来源：Jihyun Kim等，Sci。Adv。，5(1)，2019

“了解UHECR的起源一直是二十一世纪未解之谜的最大谜团，”Ryu教授说。“我们的研究通过对UHECR的空间观测揭示了UHECR的神秘起源”。

他补充说，“新建议的TA 热点事件起源模型可能有助于科学家们了解未来UHECR 的起源。”