銀河系深處的神秘天體正在噴射出比LHC強100倍的高能粒子

在天鷹座（Aquila）的深空中，一臺無形的“宇宙加速器”正在源源不斷地噴射出高速粒子，其能量之高，在整個銀河系中都名列前茅，甚至遠遠超過人類在地球上建造的任何粒子對撞機。

以實心圓標示。作為對比，虛線圓表示月球的大小。改編自 Tsunefumi Mizuno 等人，發(fā)表于《天體物理雜志》。

天文學家最近確認，銀河系中一個神秘天體能夠?qū)①|(zhì)子加速到超過一千萬億電子伏特（10^15 eV，即1拍電子伏特，PeV）的能量。這個天體被命名為 LHAASO J1912+1014u，它或許能幫助科學家揭開高能粒子起源之謎，這些粒子以接近光速穿行于宇宙空間，并深刻影響著整個銀河系中的諸多天體活動。

這項最新研究成果已發(fā)表于《天體物理學雜志》（The Astrophysical Journal）。

一個隱藏的能量源

天文學家最早在2024年于牛郎星（Altair，夜空中最亮的恒星之一）附近發(fā)現(xiàn)了 LHAASO J1912+1014u。起初，它被歸類為一處超新星遺跡，但隨后多個天文臺陸續(xù)探測到從該天體噴薄而出的伽馬射線流，這一發(fā)現(xiàn)徹底改變了科學家們的判斷。

伽馬射線通常是粒子被加速后與周圍氣體發(fā)生碰撞的產(chǎn)物，因此科學家推測，這個天體很可能是一臺能將質(zhì)子加速至拍電子伏特（PeV）能級的天然宇宙加速器，這類天體也被稱為“PeV加速器”（PeVatron）。

然而，PeV加速器極難被探測到，因為高能質(zhì)子在星際磁場中傳播時路徑會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，很少能直接指向其發(fā)射源。此外，快速運動的電子同樣可能產(chǎn)生較低能量的伽馬射線，僅憑最初的觀測數(shù)據(jù)，科學家很難分辨出這些伽馬射線究竟是質(zhì)子還是電子造成的。

為了更準確地確認這個天體的身份，研究團隊綜合了三臺不同天文臺的觀測數(shù)據(jù)，它們分別對電磁波譜中的不同波段十分敏感：NASA的費米大面積望遠鏡（Fermi-LAT）、日本的FUGIN射電望遠鏡，以及NASA的錢德拉X射線天文臺（Chandra）。

借助這三套數(shù)據(jù)，研究人員構(gòu)建出一個詳盡的多波段模型，從而排除了電子作為伽馬射線來源的可能性。

在這項研究中，我們把費米望遠鏡的GeV伽馬射線數(shù)據(jù)、FUGIN射電數(shù)據(jù)和錢德拉X射線數(shù)據(jù)捆綁在一起，通過精細的多波段建模，最終確認我們研究的目標——LHAASO J1912+1014u，正是一個宇宙射線質(zhì)子PeV加速器。”——廣島大學天體物理科學中心副教授、論文通訊作者 Tsunefumi Mizuno

需要說明的是，研究人員目前只能確認這個天體正在將質(zhì)子加速到破紀錄的能量，但這臺“加速器”背后究竟是什么天體，對天文學家來說依然是個謎。

大自然的粒子加速器

這一最新發(fā)現(xiàn)，有望幫助科學家更好地理解銀河系中最高能宇宙射線的來源，這些粒子在恒星與恒星之間的廣袤空間中穿行。

宇宙射線是高速運動的高能粒子，主要成分是質(zhì)子。它們的能量以電子伏特為單位來衡量，即一個電子在電勢升高1伏特時所獲得的能量。

“銀河系宇宙射線的最高能量可以達到甚至超過一千萬億（10^15）電子伏特，也就是1拍電子伏特（PeV）。正是這種極高的能量，使得宇宙射線在天文學和天體物理學中占據(jù)著重要地位。”——Tsunefumi Mizuno

換個角度理解：1 PeV的能量，是大型強子對撞機（LHC，全球最大、最強的人造粒子加速器）最大對撞能量的數(shù)千倍。也就是說，像 LHAASO J1912+1014u 這樣的PeV加速器，憑借其無與倫比的粒子加速能力，堪稱是比人類科技強大得多的“天然對撞機”。

除了LHAASO J1912+1014u，銀河系中可能還散布著數(shù)十個類似的宇宙加速器。而現(xiàn)在，天文學家已經(jīng)掌握了尋找它們的方法。

參考

[1]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae680d

[2]https://gizmodo.com/a-mystery-object-in-the-milky-way-is-blasting-out-particles-100-times-more-powerful-than-the-lhc-2000794833