“空气淋浴”可以帮助揭示宇宙射线的神秘来源

By Robert Lea

2023/10/17

   Science & Astronomy

   “这种技术可能允许我们寻找暗物质或其他异域粒子，为探究宇宙过渡成一个物质统治的纪元提供额外的洞察”。

这些宇宙射线通常来自极其遥远的宇宙，显然的来自超强大事件如超新星和类星体. (Image credit: Yuichiro Chino/Getty Images)

    天文学家有一种新的来研究恒定的从太空轰击地球的叫宇宙射线的高能粒子的方法。

    新方法提出当宇宙射线猛击了地球的大气层时创造的二次粒子的淋雨的详细分析作为一个来更好了解它们的镜头。

    宇宙射线很难追溯回到一个源头，因为组成它们的带电粒子时间被偏转并再次随以接近光速旅行穿过太空被它们遇到的磁场偏转。这意味着它们的位于太阳系外的来源往往笼罩在神秘之中。

    宇宙射线源的嫌疑包括超新星，但这些粒子似乎能量太高甚至不能被大质量恒星的爆炸发射。其他嫌疑包括由超大质量黑洞、伽马射线暴甚至异域的暗物质提供动力的活跃星系核或类星体，但天文学家尚未发现明确指向这些来源的确凿证据。

    更好理解的是当这些带电宇宙粒子猛击了地球时发生的。当这些带电粒子撞击地球大气层中的粒子时它们创造一个巨大的二次粒子“空气淋浴”倾下到地球表面。当数千、数百万甚至数十亿个这样的粒子撞击地面时它被称为一个广泛的空气淋浴。

    在这项新研究中，科学家们发现了一种来用位于夏威夷莫纳克亚火山顶部的斯巴鲁望远镜的这些粒子淋雨的精确观测的方法更多了解关于它们以及触发它们的宇宙射线。

广泛的空气淋浴不是噪音污染

    随它们经过望远镜前创造广泛的空气淋浴的明亮轨道往往是天文学的一个障碍，破坏太阳系、银河系和更远地区的观测。但研究小组决定将这些光条纹视为不止是讨厌的破坏它们原本原始数据的“噪音”。

    研究人员分析了 2014 年至 2020 年间拍摄的大约 17000 张图像，定下 13 张包含广泛的空气淋浴的图像。这些图像显示的粒子轨迹数量远远超过团队已经预期的 ------- 这可能暗示一种解码宇宙射线之谜的方法。

    团队负责人和大阪都立大学科学家藤井（Toshihiro Fujii）在一份声明中说，“用传统的观测方法来区分构成广泛空气淋浴的粒子的类型是挑战的，另一方面，我们的方法有潜力确定单个粒子的性质”。

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    科学家认为宇宙射线主要由质子（90%）------氢的原子核、宇宙中最轻的元素------氦核（9%）和其他粒子组成，包括电子和像铅一样重的奇数原子核（1%）。团队成员说，这项新研究可以提供一种更好的来发现空气淋浴的粒子成分的方法，进而发现宇宙射线，这可以帮助确定它们的来源。

    藤井总结道，“通过将我们的方法与传统方法相结合，我们希望前进我们的广泛空气淋浴的理解，这种技术可能允许我们来寻找暗物质或其他异域粒子，为宇宙的过渡成一个物质统治的纪元提供额外的洞察”。

    该团队的研究于10月12日发表在《Scientific Reports》杂志上。.