科學家新發現「天照粒子」 來源神祕

【2023年11月26日訊】(記者夏雨綜合報導)一種神祕的高能粒子從太空落到地球表面,人類不清楚它來自哪裡,甚至不清楚它到底是什麼。這聽起來像是科幻小說情節,但卻是實實在在發生的事情。

太空科學家一直在尋求了解強大宇宙射線神祕的起源。最近,科學家發現一種極其罕見的超高能粒子,他們認為這種粒子來自銀河系之外,而且是宇宙局部的一片空洞或虛空的地帶。

這項新研究週四發表在《科學》期刊上。研究發現,這種肉眼看不見的亞原子粒子的能量,可以與迄今為止觀測到的、能量最高的宇宙射線相媲美,即1991年檢測到的「Oh-My-God」粒子。

宇宙射線是帶電粒子,穿越太空並不斷落在地球上。低能量的宇宙射線可以從太陽發出,但極高能量的宇宙射線則是例外。人們認為它們來自其它星系,也就是銀河系以外。

最近發現的這種粒子被稱為「天照粒子」(Amaterasu Particle),以日本神話中的太陽女神命名,是由位於猶他州西部沙漠的宇宙射線探測器望遠鏡陣列(Telescope Array)發現的。

CNN網站11月23日報導,研究合著者、猶他大學研究教授約翰·馬修斯(John Matthews)說:「如果你伸出手,每秒都會有一束(宇宙射線)穿過你的手掌,但這些確實是低能量的東西。」

「當你接觸到這些真正高能量的(宇宙射線)時,它更像是每世紀中每平方公里才有一個。它永遠不會經過你的手。」他說。也就是說,每個世紀到達地球每平方公里的這種粒子不到一個。

經過多年的研究,科學家對這些高能粒子的確切起源仍然不清楚。雖然科學家認為與宇宙中最有活力的現象有關,例如那些涉及黑洞、伽馬射線爆發和活躍星系核的現象,但他們發現這種粒子彷彿起源於虛空或空洞的宇宙空間,那裡沒有劇烈的天體運動。

天照粒子

宇宙射線探測器望遠鏡陣列於2008年開始運行,由507個乒乓球桌大小的表面探測器組成,覆蓋面積700平方公里(270平方英里)。據介紹,它已經觀測到三十多種超高能宇宙射線,但沒有一個比天照粒子更大,天照粒子於2021年5月27日襲擊了猶他州上空的大氣層,將次級粒子傾瀉到地面,並被探測器捕獲。該粒子是日本大阪市立大學的天文學家藤井俊弘(Toshihiro Fujii)發現的。

「你可以看看……有多少粒子撞擊每個探測器,這會告訴你初級宇宙射線的能量是多少。」馬修斯說。

這起宇宙射線事件觸發了23個表面探測器,計算出的能量約為244EeV。三十多年前偵測到的「Oh-My-God」的能量EeV(億電子伏特)。

作為參考,1EeV等於10億電子伏特,因此天照粒子的能量達到244,000,000,000,000,000,000電子伏特。相比之下,根據NASA的數據,極光中電子的典型能量為40,000電子伏特。

CNN報導,紐約大學物理學教授格倫尼斯·法勒(Glennys Farrar)解釋說,超高能量宇宙射線攜帶的能量,比任何人造粒子加速器(例如大型強子對撞機)多出千萬倍。

「我們需要的是一個磁場非常高的區域——就像一個超大的大型強子對撞機,但又是自然形成的。所需的條件非常特殊,因此來源非常非常罕見,而且粒子會消散到浩瀚的宇宙中,因此粒子撞擊地球的機會很小。」法拉爾表示。他沒有參與這項研究。

神祕來源

這些超高能粒子的來源一直令科學家感到困惑。

馬修斯表示,記錄到的兩束最強大宇宙射線似乎「有點隨機」——當追溯它們的軌跡時,似乎沒有任何高能足以產生這樣的粒子。具體來說,天照粒子似乎起源於宇宙局部的虛空區域,這是一個與銀河系接壤的空白空間區域。

他表示,這兩個最高能量的事件,剛剛發現的「天照粒子」以及「Oh-My-God」粒子,它們的來源似乎沒有指向任何東西。擁有可見望遠鏡的天文學家看不到任何能夠產生此類粒子的真正巨大和劇烈的天體運動。

「它來自一個看起來像(宇宙)局部的空洞區域。到底是怎麼回事呢?」

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