紫金山天文台发现银河系中心有一个高能粒子加速器。
相关论文于当地时间11.9发表在国际知名学术期刊《自然-通讯》上。该论文的作者是中国科学院紫金山天文台的研究员黄小原、和范。
黄小原指出，宇宙射线也是除电磁波以外最广为人知的信使粒子，它给我们带来了许多太阳系以外的信息。宇宙射线的研究对于暗物质的间接探测也极其重要，这可能会导致新的物理学。
宇宙射线是起源于太阳系外的高能粒子，最终将到达地球。此前，人们认为银河系的宇宙射线以相对平滑的“海”状分布在银河系中。
具体来说，银河系中的宇宙射线可以被超新星遗迹产生的冲击波或大质量恒星产生的恒星风加速。这些带电的相对论粒子随后将在银河系磁场中扩散，可能经历再加速、对流、碰撞和碎裂以及能量损失的过程，最终导致宇宙射线“海”在大尺度上处于近似稳定状态，空间分布相对平滑，没有突变。
然而，关于宇宙射线的加速源仍然存在一些不确定性。
“在银河系内，人们普遍认为超新星遗迹是加速源的良好候选者，但理论研究认为超新星遗迹更难以将宇宙射线加速到PeV。由于宇宙射线与星际介质碰撞，可以产生伽马射线，因此伽马射线可以用于研究宇宙射线源的性质。”黄小原说。
然而，为了理解极高能量宇宙线（TeV-PeV），有必要进一步探索中心分子区域（CMZ）的不同发射成分。
黄小原和他的同事重新分析了费米大视场望远镜的银河CMZ数据，并确定了一个GeV-TeV宇宙线成分（来自早期TeV-PeV源的低能成分）。作者认为，这支持了星系中心存在高能粒子加速器的观点。作者还发现CMZ宇宙线的估计能量密度低于宇宙线“海”成分的能量密度。他们认为这表明有一个屏障阻止粒子从宇宙射线海穿透到CMZ。
“在2016年，赫斯实验小组分析了殷新附近地区的弥漫伽马射线辐射，并认为殷新黑洞过去的活动可能会加速宇宙射线并将其加速到PeV。这是人类首次发现的可能的PeV宇宙射线源。”黄小原说。加速源很可能与银核超大质量黑洞的活动有关。
银核加速宇宙线辐射的γ能谱
在这项发表的研究中，研究团队利用费米卫星的伽马射线数据，从能谱分布和空间分布方面证实了银核宇宙线加速器在较低能量下的存在。研究小组证明了赫斯等人在较低能带发现的PeV加速器的低能对应物。
“此外，我们还惊讶地发现银河系中弥漫的宇宙线背景被阻挡，无法扩散到银心附近的区域。因此，银心附近的宇宙线主要由银心过去的活动新加速的宇宙线组成。”黄小原说。
研究团队发现，银河系中心附近的中心分子云区域的宇宙线能量密度低于量子云外部的宇宙线“海洋”。这意味着中心分子云阻止了宇宙线“海洋”中的高能粒子渗透到该区域。物理原因可能是分子云中的磁场强度更高，这将宇宙线粒子与分子云屏蔽开来。
类似的磁屏蔽效应已经在我们的太阳系中观察到了，即宇宙射线的太阳调制效应。我们的银河系作为一个整体也类似于这样一个屏障，它将低能宇宙射线“拒之门外”。
研究团队得出结论，未来对银河系中心进行3D建模可能有助于我们了解宇宙射线的起源及其在银河系中心的传播。
校对:张燕