科技日报记者 金凤
100多年前，人类发现了一类来自外太空的高能粒子——宇宙线，它们主导着铍和硼等元素的形成，还能产生碳14等不稳定原子核。然而宇宙线的起源，堪称世纪之谜。
4月2日，记者从中国科学院紫金山天文台获悉，该台研究员刘四明团队发表于国际著名刊物《天文物理杂志》（ASTROPHYSICAL JOURNAL）的一项研究，揭示了一种可能性。他们在国际上首次发现，超新星遗迹可以将宇宙线最多加速到一百万亿电子伏（100TeV）。
“这和传统观念认为的超新星遗迹可以把宇宙线加速到千万亿电子伏（PeV）相矛盾，这预示着，还有一类超高能宇宙线源，能将宇宙线加速到一百万亿电子伏以上。但后者来自哪里，还需要研究。”本文的通讯作者刘四明说。
伽玛射线超新星遗迹在银河系的分布。刘四明供图
宇宙线在大气中可以产生大量次级高能粒子，这些粒子通过在生物体中产生一定的辐射剂量，潜移默化地影响物种演化。
“宇宙线粒子的能量很高，它们产生于天体的爆发过程。而超新星爆发产生的遗迹，被认为是银河系中最重要的宇宙线源。”刘四明说，基于宇宙线流量随能量变化的能谱特征，人们一般认为千万亿电子伏以下的宇宙线，来自于银河系的爆发过程，而百亿亿电子伏之上的宇宙线主要来自于超大质量黑洞的吸积过程。
他介绍，过去十几年的观测分析表明，几十亿电子伏到几万亿电子伏的宇宙线，可能主要来自于在周围气体密度比较高的环境中演化的超新星遗迹。这些遗迹的伽玛射线流量随着能量的增加迅速降低，大部分伽玛射线在几亿电子伏能段被辐射出来。另一方面，在周围气体密度比较低的环境中演化的超新星遗迹的伽玛射线流量，随着能量的增加会降低地慢一些，这往往被称作硬谱，并且可以把宇宙线加速到几十万亿电子伏。
不过，这一现象随着研究团队的最新发现，将有更多可能性。“我们收集了距地球1000光年到5万光年的近40个伽玛射线超新星遗迹的多波段观测数据，分析了其中十几个在低气体密度的环境中演化的伽玛射线超新星遗迹，结果发现，这些遗迹最多可以把宇宙线加速到约一百万亿电子伏，这意味着100TeV之上的超高能宇宙线来自于另外一类宇宙线源。”刘四明说。
研究同时标注了已知的伽玛射线超新星遗迹在银河系的分布。他们发现，硬谱伽玛射线超新星遗迹主要分布在太阳系附近，并且它们的伽玛射线光度总体偏低。而明亮的伽玛射线超新星遗迹距离太阳系比较远。
编辑：张琦琪
审核：朱丽
