神秘的宇宙射線電子暗示了一個(gè)意想不到的來源

有史以來探測(cè)到的最有能量的宇宙射線電子為我們提供了一些關(guān)于這些神秘粒子起源的重要線索。

自 2015 年以來，超過 700 萬個(gè)粒子擊中了綁在國(guó)際空間站堅(jiān)固而寬闊的背面的 CALorimetric 電子望遠(yuǎn)鏡 （CALET）。

這個(gè)龐大的集合為科學(xué)家提供了一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)集，他們說，該數(shù)據(jù)集指向至少一個(gè)附近的宇宙射線電子源 - 甚至可能更多。

“最令人興奮的部分是以最高的能量看待事物，”天體物理學(xué)家尼古拉斯·坎納迪（Nicholas Cannady）說馬里蘭大學(xué)巴爾的摩縣分校，由日本早稻田大學(xué)的天體物理學(xué)家Shoji Torii領(lǐng)導(dǎo)的CALET合作組織成員。

“我們有一些超過10太電子伏特的候選者 - 如果證實(shí)這些是真正的電子事件，那真的是一個(gè)冒煙的槍，可以清楚地證明附近來源。

我們已經(jīng)知道精力充沛宇宙射線因?yàn)樗麄兇嬖诘嫩E象是一個(gè)多世紀(jì)前首次觀察到，在那段時(shí)間里，它們的來源在很大程度上仍然是個(gè)謎。

它們是微小的粒子——主要是原子核，但也有質(zhì)子和電子等亞核粒子——以接近光速的速度流過宇宙，其功率比這些小東西應(yīng)該具有的要大。

然而，就像宇宙中大多數(shù)高能物質(zhì)一樣，科學(xué)家們認(rèn)為它們來自高能來源。到目前為止，最可能的解釋是超新星殘骸，它加速粒子并讓它們?cè)诳臻g中縮放，但也有其他可能的來源。

其中之一是理論上的湮滅暗物質(zhì)，因此物理學(xué)家熱衷于研究它們并了解它們的起源。但是檢測(cè)它們有點(diǎn)棘手。在地球上，宇宙射線與大氣中的原子和分子碰撞并產(chǎn)生粒子陣雨;這是我們探測(cè)到的陣雨，而不是宇宙射線本身。

一些高能電子探測(cè)器也受到快速飛行質(zhì)子干擾結(jié)果的干擾。但是，基于太空的CALET實(shí)驗(yàn)可以直接探測(cè)宇宙射線，最高可達(dá)高能量。

以前的工作允許探測(cè)宇宙射線高達(dá) 4.8 太電子伏特.這項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)，隨著能量水平的增加，宇宙射線的數(shù)量下降。

利用CALET龐大的數(shù)據(jù)池和新的工藝來篩選出由干擾質(zhì)子引起的錯(cuò)誤，該團(tuán)隊(duì)能夠檢測(cè)到高達(dá)7.5太電子伏特的電子宇宙射線，大大增加了數(shù)據(jù)的范圍。

而且，有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)在更高能量下，宇宙射線入射沒有下降。如果有的話，情況似乎恰恰相反：在最高能量下，宇宙射線似乎會(huì)增加。

我們?nèi)匀徊恢浪鼈儊碜阅睦?，但是，由于宇宙射線在太空中旅行時(shí)會(huì)失去能量，高能量表明它們一定來自離我們相對(duì)較近的地方。

事實(shí)上，附近有超新星殘骸，其位置和距離與數(shù)據(jù)集中探測(cè)到的一些最高能量宇宙射線的探測(cè)一致。該團(tuán)隊(duì)希望持續(xù)的觀察將進(jìn)一步闡明起源。

“這些CALET觀測(cè)結(jié)果開啟了一種誘人的可能性，即來自附近特定超新星殘骸的物質(zhì)可以在地球上被測(cè)量。物理學(xué)家 T. Gregory Guzik 說路易斯安那州立大學(xué)（Louisiana State University）的CALET合作組織美國(guó)分部負(fù)責(zé)人。

“在國(guó)際空間站的整個(gè)生命周期中繼續(xù)進(jìn)行CALET測(cè)量將有助于為我們銀河系中相對(duì)論物質(zhì)的起源和運(yùn)輸提供新的線索。

該研究已發(fā)表在物理評(píng)論快報(bào).

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