大发快乐8

成谜半世纪,新模型同时解释宇宙 3 种极端粒子的来源 国内

2018-02-26
摘要:超高能宇宙射线、高能微中子和高能伽马射线的起源是宇宙物理学的最大奥祕,现在,有个全新模型可同时解释这 3 种拥有极端能量的粒子可能都来自同一地方:由强壮的超大质量黑洞喷流加速产生。 1962 年,科学家首次发现超高能宇宙射线(Ultra-high-energy cosmic ray,UHECR),以光速穿越黑暗,是来自外太空的带电高能次原...

超高能宇宙射线、高能微中子和高能伽马射线的起源是宇宙物理学的最大奥祕,现在,有个全新模型可同时解释这 3 种拥有极端能量的粒子可能都来自同一地方:由强壮的超大质量黑洞喷流加速产生。

1962 年,科学家首次发现超高能宇宙射线(Ultra-high-energy cosmic ray,UHECR),以光速穿越黑暗,是来自外太空的带电高能次原子粒子,没人能确定它们的起源地,其能量远超过地球最强大的粒子加速器──大型强子对撞机所能产生的能量,至少高出数百万倍。

微中子则是一种质量最小、有如幽灵般的粒子,它们能轻易穿透物质而不被察觉(比如它在太阳最高温核心处形成,然后悄无声息的穿透太阳外层);它们也很少和别人打交道,不会参与电磁交互作用及强交互作用,想发现它们就像谍对谍。

伽马射线则是目前宇宙拥有最高能量的电磁波,波长在 0。01 纳米以下,穿透力极强,能量比可见光高出 10 亿倍以上。

由于这 3 种粒子各有千秋,过去科学家自然而然选择分开追踪,或以不同的方法为这些粒子牵线,比如当宇宙射线与物质相互作用时应该会产生伽玛射线,也可能产生中微子。

宾州大学物理学及天体物理学助理教授 Kohta Murase 称“超高能宇宙射线”、“高能微中子”和“高能伽马射线”为“宇宙使者”,他认为,3 种粒子的速度几乎旗鼓相当不会是单纯巧合,因此他和团队基于详细的数值计算、匹配每个粒子的观测值,终于提出一个“三合一”新模型,解释这 3 种粒子为何在宇宙中有惊人相似的功率输入。

怪物黑洞是关键

团队将目光瞄向了活跃星系核(AGN),这是半个世纪以来认定为带来宇宙射线的最大嫌疑犯,星系核中心是一个超大质量黑洞,有些伴随强大喷流,以光速吐出些粒子残渣。当高能高能宇宙射线从喷流摩擦中产生时,新模型顺便解释了高能微中子和高能伽马射线都是高能宇宙射线和其他星系团、气体碰撞时产生的子粒子。

新模型试图为多粒子物理学提供大一统格局,帮助未来研究能更得心应手,毕竟揭开极端能量宇宙粒子的秘密,对深入了解宇宙至关重要。

▲ 超高能宇宙射线、高能微中子和高能伽马射线起源的“三合一”新模型。(Source:宾州大学)

  • Three types of extreme-energy space particles may have unified origin
  • Monster-Black-Hole Jets May Finally Explain 3 Superfast Cosmic Particles

大发快乐8(首图来源:NASA)

意见反馈