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Astroparticle物理学

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宇宙射线神秘终于解决了

08 Nov 2007 哈米什约翰斯顿

使用Pierre Aper观测站的国际天文学家的国际团队获得了最佳证据,但是超高能源宇宙射线撞击地球来自躺在附近星系的心脏的黑洞。使用数千名探测器在阿根廷分布超过3000平方公里,该团队已经设法识别27种宇宙射线 - 超过10的能量19 电子伏特(EV) - 来自这些活性银核。解决了这些宇宙光线来自的谜团,研究人员现在希望能够更好地了解这些带电粒子如何加速到这种高能量(科学 318 938)。 。

螺旋钻表面探测器

在20世纪60年代初,首次发现,超高能量宇宙射线(UHECR)是宇宙中最能充电的带电粒子。它们也非常罕见–Pierre螺旋钻天文台仅在5.7 * 10以上的能量中检测到约27个颗粒19 ev自2004年开始采取数据以来。

因为它们具有如此高的能量,因此可能在极其剧烈的天体物理事件中产生uhecrs。领先的竞争者是活性银核(AGN),据信在其中心有黑洞。这种黑洞拉动大量物质,在消失进入深渊之前形成极热的等离子体。据认为,这种等离子体中的磁性稳定性会产生可能远离黑洞的电磁冲击波,在那里它们可以加速质子或较重的核来到超高的能量。然而,不了解加速过程的确切性质。

这种冲击波也可以通过间旋律空间的湍流产生,“fossil”(或看不见的)黑洞或超新星。然而,UheCrs很容易失去能量,因为它们散布了宇宙微波背景,这意味着它们不会通过空间远行旅行。这种迅速下降在某种能量之上的这种宇宙射线的数量—被称为Greisen-Zatsepin-Kuzmin(GZK)效应—意味着uhecrs更有可能来自附近的来源,如Agns相对靠近地球。事实上,意大利格兰萨索国家实验室的Venya Berezinsky告诉 physicsworld.com. uhecrs的能量高于约6 * 1019 EV不能超过100 MPC的旅行–或约3亿光年。

新发现

然而,现在,一个研究人员团队在阿根廷使用皮埃尔·奥尔默宇宙射线天文台,找到了乌希克确实来自附近AGN的第一个引人注目的证据。螺旋钻天文台通过观察粒子来检测宇宙射线“showers”当宇宙射线与空气分子相互作用时产生的。


该观测台由一系列的1600坦水罐组成,可检测通过空气淋浴中的颗粒产生的Cerenkov光。坦克上方的天空将彼此分开1.5 km,由四个大气荧光探测器监测,可以在暗夜通过气氛时追踪粒子淋浴。

在三年半到期进行数据后,观测所检测到27个宇宙射线,其能量大于约5.7 * 1019 EV。其中二十人可以追溯到3.1度AGN的AGN,比75 MPC的距离。根据团队的说法,来自随机方向的20个Uhecrs似乎都来自已知的AGN。

能量谱

利兹大学的奥兰·沃特森奥兰·​​沃特森告诉 physicsworld.com. 团队发现了五个“pairs”宇宙射线似乎似乎来自同一AGN。他希望通过检测来自同一来源的许多UHECR,物理学家将能够建立一个能够解释宇宙光线的能量谱。“当我们收集越来越多的数据时,我们可能以详细和全新的方式查看单个星系” he says. “正如我们预期的那样,我们的天文台正在基于宇宙射线而不是光线来生产宇宙的新形象。”

障碍是,任何体面的频谱都需要检测来自同一AGN的数百个宇宙射线,这将采取螺旋钻天文台数百年来获得。天体物理学家正计划在美国建造一个叫做奥维尔北部的第二个天文台。虽然奥维尔北往往比其南方合作伙伴大3.5倍,但沃森希望该团队’S的积极成果将导致决定使钻子朝北的10倍比螺旋南部大10倍–他说的是原则上的东西,但可以是建立和维护的非常困难和昂贵。

Watson told physicsworld.com. 知道uhecrs的精确来源可以帮助天体物理学家更好地了解我们自己的星系’S磁场。这是因为带电粒子略微偏转磁场,这可以作为颗粒的函数进行研究’S能量和起源。此外,通过研究大气中UHECR和核之间的碰撞,物理学家可以在比任何电流或计划颗粒促进剂的能量更高的能量上学习物质。 CERN的大型特罗龙撞机,例如将使质子加速仅为7 TEV的能量(7 * 1012 eV)

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