2019年，研究人員在美國猶他州的高地沙漠中檢查望遠(yuǎn)鏡陣列表面探測器。2021年，望遠(yuǎn)鏡陣列探測到有記錄以來能量第二高的宇宙射線粒子。圖片來源：The Yomiuri Shimbun via AP

科學(xué)家探測到了30多年來最強(qiáng)大的宇宙射線。但這種來自外太空的粒子的確切起源仍然是一個(gè)謎，一些人認(rèn)為它可能是由未知的物理學(xué)產(chǎn)生的。

據(jù)估計(jì)，這一令人費(fèi)解的宇宙射線的能量為240EeV（1EeV=1018eV)，可與迄今探測到的最強(qiáng)宇宙射線——“哦，我的天”（Oh-My-God）粒子相媲美，后者在1991年被發(fā)現(xiàn)時(shí)的測量值約為320EeV。11月23日，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》。

澳大利亞科廷大學(xué)天文學(xué)家Clancy James說：“這太神奇了，大家肯定想知道是什么能產(chǎn)生如此高的能量?！?/p>

盡管名字叫宇宙射線，但它實(shí)際上是一種高能亞原子粒子——通常是質(zhì)子，以接近光速的速度在太空中飛馳。在超高能量狀態(tài)下，宇宙射線的能量水平超過1EeV，大約是最強(qiáng)大的人造粒子加速器所能達(dá)到的能量水平的100萬倍。能量超過100EeV的宇宙射線很少被發(fā)現(xiàn)，地球每平方公里每個(gè)世紀(jì)遇到這樣的粒子還不到1個(gè)。

2021年5月27日，日本大阪公立大學(xué)天文學(xué)家Toshihiro Fujii在對美國猶他州米勒德縣的宇宙射線探測器望遠(yuǎn)鏡陣列進(jìn)行例行數(shù)據(jù)檢查時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)了一些異乎尋常的信號。這些信號表明，該設(shè)施的探測器捕捉到了某種超強(qiáng)能量的東西。

但Fujii一開始持懷疑態(tài)度?！拔乙詾檐浖写嬖谀撤N錯誤或缺陷?！盕ujii說，“我很驚訝，但測量結(jié)果與特高能宇宙射線產(chǎn)生的結(jié)果一致?！笨茖W(xué)家以日本太陽女神的名字——“天照”為這種粒子命名。

但是，當(dāng)Fujii團(tuán)隊(duì)試圖找出能量峰值的來源時(shí)卻一無所獲。特高能宇宙射線通常相對平穩(wěn)地穿越太空，因?yàn)樗鼈儾粫竦湍苡钪嫔渚€那樣被磁場強(qiáng)烈反彈，這樣就可以很容易地精確定位它所屬的恒星、黑洞或星系。

然而Fujii團(tuán)隊(duì)的計(jì)算結(jié)果是其來源于一個(gè)幾乎沒有星系存在的、類似真空的區(qū)域。研究人員還嘗試將宇宙射線與可能的源星系和位于其到達(dá)方向之外的天體進(jìn)行匹配，但似乎都不合適。“什么都沒有?！盕ujii說。

James說，一種解釋是估算磁場如何影響宇宙射線路徑的模型可能不正確，需要進(jìn)行一些調(diào)整。如果是這樣，“天照”可能來自與團(tuán)隊(duì)計(jì)算的結(jié)果略有不同的方向?！拔覀冋J(rèn)為我們的估計(jì)很準(zhǔn)，但也許我們錯了?！盝ames說。

澳大利亞阿德萊德大學(xué)天體粒子物理學(xué)家Jose Bellido Caceres說，另一種可能性是，特高能宇宙射線是由未知的物理過程產(chǎn)生的，這使它們傳播的距離比想象的要遠(yuǎn)得多?！斑@可能是一種新的物理學(xué)?！盉ellido Caceres補(bǔ)充說。

Fujii團(tuán)隊(duì)正在升級望遠(yuǎn)鏡陣列，從而將其靈敏度提高到以前的4倍。這將使研究人員能夠捕捉到更多罕見的特高能宇宙射線，并更精準(zhǔn)地追蹤它們的起源。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abo5095