pev 你可曾目睹浩瀚星辰绽放烟花？银河系将迎来高能粒子流疾风骤雨( 二 )
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图3
图3 超新星遗迹（SNR）X射线波段不同方向上的面亮度分布：上图从SNR的脉冲星风云开始（名字为Boomerang），到SNR头部，再到SNR尾部，面亮度和X射线波段的谱指数变化的方式不同，说明这三个区域X射线有不同的来源。下图从SNR尾部到周围ISM背景的面亮度变化，从图中发现SNR内部X射线辐射比周围背景要亮。证明SNR内部有激波将粒子加速到产生X射线辐射。
另一方面，伽马射线的观测也表明SNR G106.3+2.7区域具有非常高能的粒子被加速，但无法分辨这些粒子是电子还是质子。因为伽马射线产生的主要机制有两种：高能质子轰击致密气体产生（伽马射线强子起源）和高能电子散射背景光子产生（伽马射线轻子起源）。而高能电子在磁场中还会通过同步辐射产生X射线，所以X射线是区分伽马射线轻子起源和强子起源的关键。我们通过拟合SNR G106.3+2.7的X射线和伽马射线波段的能谱，证明>30TeV（1TeV = 1012eV）的伽马射线需要由质子产生（图4）。此外SNR的尾部方向正好有一团致密的分子气体（图1和2），为高能伽马射线的产生提供了条件。
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图4
图4 对于该超新星遗迹尾部区域多波段能谱数据的理论拟合。蓝色点线和虚点线代表电子通过不同辐射机制产生的辐射流量；红色虚线和虚点线代表质子通过不同机制产生的辐射流量；黑色粗线是所有辐射的总和；绿色实线是质子在辐射伽玛射线时伴随产生的中微子流量。由于磁场是一个不确定的参量，这里分别展示了两种不同磁场强度下的模型预期。可以看到无论是哪种磁场，在电子的辐射符合射电(CGPS)与X射线(XMM)数据的前提下，电子的辐射都无法解释1013eV之上的数据。因此必须要有高能质子的存在才可以解释多波段数据。
综合各方面的观测数据及理论预期，可认为SNR G106.3+2.7的尾部很可能是PeV质子宇宙线的源。相比于普通的中年SNR，G106.3+2.7因其所处环境的特殊性保持了高速的激波，因而有很强的加速能力。相比于同样有高速激波的年轻SNR，G106.3+2.7内的粒子已被激波加速了更长时间，因此更有可能产生PeV宇宙线。
【 pev|你可曾目睹浩瀚星辰绽放烟花？银河系将迎来高能粒子流疾风骤雨】总结和展望该工作揭示了一个特殊的中年超新星遗迹的存在，突破了宇宙线的超新星遗迹起源学说的标准框架，为银河系PeV宇宙线的起源带来了新线索。或许在银河系中还存在着其它类似的超新星遗迹。多波段观测对于寻找更多类似的超新星遗迹十分重要。随着多波段观测技术和设备的不断升级，相信在不久的将来，人类必将揭开宇宙线起源的神秘面纱。
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