科學家苦苦尋找的神秘粒子 竟然在銀河系中心的「能量陷阱」中

科學家們在銀河中心發現了一個可以捕獲高能量宇宙射線的「陷阱」。

這些高能粒子在銀河系中心之外形成，以幾乎接近光速的速度運動，並在與氣雲的相互作用下，減緩了運動速度。

該現象是使用NASA的費米伽馬射線太空望遠鏡和高能立體望遠鏡系統（HESS）的數據發現的。根據研究人員介紹，銀河系中心可能集中了星系中運動速度最快的粒子。

第一作者阿姆斯特丹大學的丹尼爾·加格古羅研究員（Danielle Gaggero）說：「我們的研究結果表明，大多數宇宙射線，尤其是能量最高的那些宇宙射線，位於我們銀河系的最內部。它們是在銀河中心以外的活躍區域產生的，後來通過與氣雲的相互作用而減緩速度，最終被銀河系中心捕獲。」

「這些相互作用產生的大部分伽馬射線都被費米太空望遠鏡和高能立體望遠鏡系統所捕獲。」

據研究人員介紹，大約90％的宇宙射線是質子。其餘的由電子和原子核組成。因此，當它們在太空中移動時，磁場會擾亂其路徑，從而難以確定其起源位置是哪裡。

但是，研究人員說宇宙射線和物質之間的相互作用可以提供更多的線索。

根據美國航空航天局，這些相互作用會導致最高能量形式的光——伽馬射線的發射。

據2016年高能立體望遠鏡系統協作組織的觀察顯示，一束伽馬射線可以達到近50萬億電子伏特。

這比費米太空望遠鏡觀察到的能量高出50多倍。

高能立體望遠鏡系統是一個地面觀測台。它的工作原理是：一旦伽馬射線射入大氣層，所產生的高能粒子簇射(air showers)會產生一種稱為契侖可夫輻射(Cherenkov light)的可見光，而望遠鏡則是可以記錄這種短暫的閃光。

在新研究中，研究人員將兩種觀察數據結合起來，揭示出銀河系中心發射的連續的伽馬射線譜。

來自馬德里理論物理研究所的聯合作者Marco Taoso說：「雖然兩個望遠鏡具有不同的觀察技術，但是一旦除去那些過於明亮點的來源後，我們發現費米望遠鏡和高能立體望遠鏡的數據之間有著良好的一致性，這是令人非常驚訝的。」

據研究人員說，這表明在銀河系其他地方發現的宇宙射線與銀河系中心的的伽馬射線有一定的相關性。

但在銀河系的中心區域，最高能量粒子的運動效率較低。

來自日內瓦歐洲核研究組織的聯合作者阿爾弗雷多·烏爾巴諾（Alfredo Urbano）說：「能量最高的宇宙射線在銀河系中心部分停留的時間比以前想像的更長。」

雖然在傳統的宇宙射線運動模型中沒有顯示出這種效果，但是研究人員說，將之前的模擬與此結合後，就與費米太空望遠鏡的觀測結果產生了更好的一致性。

研究結果也有助於解釋其他研究中所看到的現象。 因此更具有可信性。

共同作者安東尼奧·馬里內利（Antonio Marinelli）說：「產生這些伽馬射線的粒子碰撞過程，同時也產生了中微子，這種最快、最輕、但是了解的最少的基本粒子。」

美國宇航局費米太空望遠鏡團隊成員雷賈卡·卡普托（Regina Caputo）說，「在南極洲的IceCube裝置也在探測太陽系以外的高能中微子，但是確認這些粒子的來源更加困難。」 。（IceCube是世界上最大的中微子探測器，位於南極點附近，它使用了5160個探測器來探測極其強烈的宇宙源發出的高能中微子，能向上和向下探測中微子源）

「費米太空望遠鏡和高能立體望遠鏡系統的實驗結果表明，銀河中心在不久的將來可能被認為是一個強大的中微子來源，這是非常令人興奮的。」

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