天文學(xué)家首次成功地量化了超新星遺跡中宇宙射線(xiàn)的質(zhì)子和電子成分。根據對無(wú)線(xiàn)電、X射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)輻射的新型成像分析，宇宙射線(xiàn)發(fā)射的極高能量伽馬射線(xiàn)中至少有 70% 是由質(zhì)子引起的。質(zhì)子是宇宙射線(xiàn)的主要成分，其加速部位百年來(lái)一直是現代天體物理學(xué)中的一個(gè)巨大謎團，這是首次定量顯示超新星遺跡中正在產(chǎn)生的宇宙射線(xiàn)的數量，是闡明宇宙射線(xiàn)起源的一個(gè)劃時(shí)代的步驟。

　　宇宙射線(xiàn)是宇宙中能量最高的粒子，自 1912 年發(fā)現以來(lái)，它的起源一直是一個(gè)謎團。由于宇宙射線(xiàn)促進(jìn)了星際物質(zhì)的化學(xué)演變，了解它們的起源對于理解我們銀河系的演變至關(guān)重要。宇宙射線(xiàn)被認為是由我們銀河系中的超新星遺跡加速的，并幾乎以光速到達地球。

　　伽馬射線(xiàn)觀(guān)測的最新進(jìn)展表明，許多超新星遺跡發(fā)出的伽馬射線(xiàn)具有太電子伏(TeV)的能量。如果伽馬射線(xiàn)是由質(zhì)子產(chǎn)生的，而質(zhì)子是宇宙射線(xiàn)的主要組成部分，那么宇宙射線(xiàn)的超新星遺跡起源就可以得到驗證。然而，伽馬射線(xiàn)也是由電子產(chǎn)生的，因此有必要確定質(zhì)子或電子的來(lái)源是最主要的，并測量這兩種貢獻的比例(另見(jiàn)圖1)。

　　這項研究的結果提供了令人信服的證據，證明伽馬射線(xiàn)來(lái)源于質(zhì)子成分，而質(zhì)子是宇宙射線(xiàn)的主要成分，并澄清了銀河系宇宙射線(xiàn)是由超新星遺跡產(chǎn)生的。

　　這項研究的原創(chuàng )性在于，伽馬射線(xiàn)輻射是由質(zhì)子和電子成分的線(xiàn)性組合來(lái)表示的。天文學(xué)家知道一個(gè)關(guān)系，即質(zhì)子的伽馬射線(xiàn)強度與通過(guò)無(wú)線(xiàn)電線(xiàn)成像觀(guān)測得到的星際氣體密度成正比。另一方面，來(lái)自電子的伽馬射線(xiàn)也被認為與來(lái)自電子的X射線(xiàn)強度成正比。因此，他們把總的伽馬射線(xiàn)強度表示為兩個(gè)伽馬射線(xiàn)成分的總和，一個(gè)來(lái)自質(zhì)子源，另一個(gè)來(lái)自電子源。這導致了對三個(gè)獨立觀(guān)測點(diǎn)的統一理解(圖2)。

　　這種方法是在本研究中首次提出的。結果表明，來(lái)自質(zhì)子和電子的伽馬射線(xiàn)分別占總伽馬射線(xiàn)的 70% 和 30%。這是第一次對這兩種來(lái)源進(jìn)行量化。研究結果還表明，來(lái)自質(zhì)子的伽馬射線(xiàn)在星際氣體豐富的區域占主導地位，而來(lái)自電子的伽馬射線(xiàn)在氣體貧乏的區域則得到加強。這證實(shí)了這兩種機制是共同作用的，并支持以前理論研究的預測。

　　名古屋大學(xué)的名譽(yù)教授 Yasuo Fukui 說(shuō)：“如果沒(méi)有國際合作，這種全新的方法是不可能完成的。”他領(lǐng)導了這個(gè)項目，自 2003 年以來(lái)，他利用 NANTEN 射電望遠鏡和澳大利亞望遠鏡緊湊型陣列精確地量化了星際氣體密度分布。

　　盡管當時(shí)伽馬射線(xiàn)的分辨率不足以進(jìn)行全面的分析，但阿德萊德大學(xué)的 Gavin Rowell 教授和 Sabrina Einecke 博士以及H.E.S.S.團隊多年來(lái)極大地提高了伽馬射線(xiàn)的空間分辨率和靈敏度，使其有可能與星際氣體進(jìn)行精確比較。日本國家天文臺的 Hidetoshi Sano 博士領(lǐng)導了對歐洲X射線(xiàn)衛星 XMM-牛頓的存檔數據集的X射線(xiàn)成像分析。Einecke 博士和 Rowell 教授與 Fukui 教授和 Sano 博士密切合作，進(jìn)行了詳細的研究，考察了伽馬射線(xiàn)、X射線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)電發(fā)射之間的相關(guān)性。

　　“這種全新的方法將被應用于更多的超新星遺跡，除了現有的觀(guān)測站之外，使用下一代伽馬射線(xiàn)望遠鏡 CTA(切倫科夫望遠鏡陣列)，這將大大推進(jìn)宇宙射線(xiàn)起源的研究。”
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