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名古屋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)新研究首次量化了超新星遺跡中產(chǎn)生的名古宇宙射線的數(shù)量

名古屋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)新研究首次量化了超新星遺跡中產(chǎn)生的宇宙射線的數(shù)量
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：大約一個(gè)世紀(jì)前，科學(xué)家們開(kāi)始意識(shí)到，學(xué)領(lǐng)星遺線他們?cè)诘厍虼髿鈱又刑綔y(cè)到的導(dǎo)新的宇一些輻射并非源自本地。這最終催生了宇宙射線的研究發(fā)現(xiàn)，高能質(zhì)子和原子核被剝奪了電子并加速到相對(duì)論速度（接近光速）。首次數(shù)量然而，量化圍繞著這種奇怪的超新產(chǎn)生（和潛在的）現(xiàn)象仍有幾個(gè)謎團(tuán)。這包括關(guān)于它們的跡中起源以及宇宙射線的主要成分（質(zhì)子）如何被加速到如此高的速度的問(wèn)題。由于名古屋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的宙射一項(xiàng)新研究，科學(xué)家們首次量化了超新星遺跡中產(chǎn)生的名古宇宙射線的數(shù)量。
雖然科學(xué)家們理論上認(rèn)為宇宙射線的學(xué)領(lǐng)星遺線來(lái)源很多--太陽(yáng)、超新星、導(dǎo)新的宇伽馬射線暴（GRBs）和活動(dòng)星系核（又稱類星體）--但自從1912年首次發(fā)現(xiàn)以來(lái)，研究它們的首次數(shù)量確切來(lái)源一直是個(gè)謎。同樣，量化天文學(xué)家們推測(cè)，超新星殘骸是將它們加速到接近光速的原因。
當(dāng)宇宙射線穿越我們的銀河系時(shí)，它們?cè)谛请H介質(zhì)（ISM）的化學(xué)演變中發(fā)揮了作用。因此，了解它們的起源對(duì)于了解星系如何演變至關(guān)重要。近年來(lái)，改進(jìn)的觀測(cè)結(jié)果使一些科學(xué)家推測(cè)，超新星殘骸產(chǎn)生了宇宙射線，因?yàn)樗鼈兗铀俚馁|(zhì)子與ISM中的質(zhì)子相互作用，產(chǎn)生了極高能量 (VHE)的伽馬射線。
然而，伽馬射線也是由電子與ISM中的光子相互作用產(chǎn)生的，這些光子可以是紅外光子或宇宙微波背景（CMB）的輻射形式。因此，確定哪一個(gè)來(lái)源更大，對(duì)于確定宇宙射線的來(lái)源是最重要的。希望闡明這一點(diǎn)，研究小組--包括來(lái)自名古屋大學(xué)、日本國(guó)家天文臺(tái)（NAOJ）和澳大利亞阿德萊德大學(xué)的成員--觀察了超新星遺跡RX J1713.7?3946（RX J1713）。
他們研究的關(guān)鍵是他們開(kāi)發(fā)了一種新的方法來(lái)量化星際空間的伽馬射線來(lái)源。過(guò)去的觀測(cè)表明，由質(zhì)子與ISM中的其他質(zhì)子碰撞引起的VHE伽馬射線的強(qiáng)度與星際氣體密度成正比，這一點(diǎn)用無(wú)線電線成像就可以分辨出來(lái)。另一方面，由電子與ISM中的光子相互作用引起的伽馬射線也有望與電子的非熱X射線強(qiáng)度成正比。
為了進(jìn)行研究，該小組依靠高能立體系統(tǒng)（HESS）獲得的數(shù)據(jù)，這是一個(gè)位于納米比亞的VHE伽馬射線觀測(cè)站（由馬克斯-普朗克核物理研究所運(yùn)營(yíng)）。然后他們將其與歐空局X射線多鏡任務(wù)（XMM-牛頓）觀測(cè)站獲得的X射線數(shù)據(jù)以及星際介質(zhì)中氣體分布的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)。
然后，他們將所有三個(gè)數(shù)據(jù)集結(jié)合起來(lái)，確定質(zhì)子占宇宙射線的67±8%，而宇宙射線電子占33±8%--大約是70/30的比例。這些發(fā)現(xiàn)是突破性的，因?yàn)樗鼈兪堑谝淮螌?duì)宇宙射線的可能來(lái)源進(jìn)行量化。它們也構(gòu)成了迄今為止最明確的證據(jù)，證明超新星殘骸是宇宙射線的來(lái)源。
這些結(jié)果還表明，質(zhì)子引起的伽馬射線在氣體豐富的星際區(qū)域更常見(jiàn)，而電子引起的伽馬射線在氣體貧乏的區(qū)域則會(huì)增強(qiáng)。這支持了許多研究人員的預(yù)測(cè)，即這兩種機(jī)制共同影響了ISM的演變。該研究的主要作者，名譽(yù)教授 Yasuo Fukui說(shuō)：
"如果沒(méi)有國(guó)際合作，這種全新的方法是不可能完成的。（它）將被應(yīng)用于更多的超新星遺跡，除了現(xiàn)有的觀測(cè)站之外，使用下一代伽馬射線望遠(yuǎn)鏡CTA（切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列），這將大大推進(jìn)宇宙射線起源的研究。"
除了領(lǐng)導(dǎo)這個(gè)項(xiàng)目外， Yasuo Fukui自2003年以來(lái)一直致力于利用智利拉斯坎帕納斯天文臺(tái)的NANTEN射電望遠(yuǎn)鏡和澳大利亞望遠(yuǎn)鏡緊湊型陣列對(duì)星際氣體分布進(jìn)行量化。由于阿德萊德大學(xué)的Gavin Rowell教授和Sabrina Einecke博士（該研究的共同作者）以及H.E.S.S.團(tuán)隊(duì)，伽馬射線觀測(cè)站的空間分辨率和靈敏度終于達(dá)到了可以對(duì)兩者進(jìn)行比較的程度。
同時(shí)，共同作者NAOJ的Hidetoshi Sano博士領(lǐng)導(dǎo)了對(duì)XMM-牛頓觀測(cè)站的檔案數(shù)據(jù)集的分析。在這方面，這項(xiàng)研究也顯示了國(guó)際合作和數(shù)據(jù)共享是如何促成各種前沿研究的。伴隨著儀器的改進(jìn)，方法的改進(jìn)和更多的合作機(jī)會(huì)，正在導(dǎo)致一個(gè)天文學(xué)突破成為經(jīng)常發(fā)生的時(shí)代。

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