宇宙射线源于超新星的“超级加速器”效应

通过使用欧洲南方天文台的超大口径望远镜（VLT），天文学家对一颗有千年历史记载的超新星遗骸进行了细节性观测，找到了宇宙射线来源的线索。从超新星的遗骸释放了高速运动的粒子，超新星实际上是宇宙射线的先驱者或来源地，如此精确的观测在天文史上还是第一次，《科学》杂志发表了科学团队的观测和分析成果。长期以来，科学界存有一个疑惑，超新星遗骸究竟是不是宇宙射线的来源，高能量粒子组成了宇宙射线，这些粒子来源于太阳系以外的地方，几乎以接近光的速度在宇宙空间穿行，直到目前为止，有关宇宙射线如何发生的细节知识依然笼罩在未知的迷雾中，未得到天文观测的证实。

回到到中世纪历史的1006年，当时的人们在地球南部的天空看到了一颗处于爆发状态的超新星，世界各地的星象学家广泛记载了这一天体的奇观现象，超新星的亮度是金星的很多倍，几乎可以和月球的亮度相比，当超新星的亮度达到了极大值时，人们甚至在大白天也看到了它的闪亮，超新星的光线经过了地表物体的遮挡，在地物后面留下了可见的阴影，现代的天文学家早已确定了这颗超新星的位置，超新星遗骸被命名为SN1006，位于南半球天空的星座——天狼座，这颗超新星在爆发后留下了云状的物质环，巨大的发光物体经历了扩散的过程。

马克思普朗克研究所之天文学分所位于德国的海德堡，天文学家尼科利奇带领了一支科学团队，通过使用非常大型的望远镜VLT和架设在其上的可见光多目标光谱仪或VIMOS，科学团队观测了一处有1000年历史记录的古老超新星遗骸SN1006，观测技术达到了过去未有的精确性，获得了更多细节性的观测信息。科学团队集中研究了在超新星爆发中形成的喷流现象，高速扩张的喷流体抛洒到了周围的太空，看上去似乎是静态的星际物质，在喷流体的前端形成了激波或激震的前锋，激波前锋的特性类似于声音的音爆，当飞行器以超音速在空中疾驶时，产生了超音速的爆炸现象。

喷流体的激波前锋形成了自然形态的宇宙粒子加速器，好似宇宙版的粒子超级加速器，科学团队在天文史上第一次收集了喷流激波的数据，通过制作有气态物质特征的模拟图，从图上可以清晰地看出激波气状物质的特性，激波在喷流体的前锋产生了变化过程， 模拟图形给出了宇宙射线如何形成的关键线索，从而揭示了神秘的宇宙射线背后的物理机制。在激波区的气体物质中有大量的高速运动质子，它们比预期的运动速度快，激波区产生的超高温使得质子的运动速度更快。

质子的存在不是解释高能宇宙射线来源的关键，然而，质子是宇宙射线的“种子粒子”，质子和激波前锋的气体物质产生了相互作用，质子获得了极高的能量，它们和其它物质粒子一起冲出了激波区域，在高速飞离过程中形成了太空中的宇宙射线。科学团队第一次仔细地分析了这颗超新星在爆发后形成的激波区域，观测了激波的内部和周围发生的变化，确实出现了一个被加压的激波区域，质子在激波区域内获得了极高的能量，这些质子以预期的方式直接地从激波区域飞离出去，高能量的质子和其它的物质粒子最终组成了神奇的宇宙射线。

科学团队第一次通过使用积分视场光谱仪探测了激波前锋的特性，光谱仪记录了每一条光线的像素，每一条光线被分解为单一的颜色，他们分析了激波区域中粒子的速率和化学成分，对超新星遗骸的激波前锋进行了细节性分析，科学团队期待把现有的观测成果应用到对其它超新星遗骸的分析中。马克思-普朗克研究所之天文学分所的格伦·范德文解释说，新的观测方式是解决宇宙射线疑惑的关键，终于找到了宇宙射线如何在超新星遗骸中形成的答案。科学团队的成员主要来自马克思-普朗克研究所，其余成员来自瑞士的伯尔尼大学、德国波茨坦的莱布尼茨天体物理研究所、马赛诸塞州坎布里奇市的哈佛-史密森尼天体物理中心、新泽西州皮斯卡塔韦的罗格斯大学、西班牙的卡那里天文物理研究所，研究成果体现了国际科学合作精神。

（编译：2021-4-15）

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