宇宙线源自何方？
迄今为止 ， 人们观测到的宇宙线粒子的最高能量已达到1020电子伏特（eV） ， 是人类最大的粒子加速器——欧洲核子中心大型强子对撞机所能加速粒子能量的1000万倍 。 这么高能量的宇宙线起源于什么天体？它们是如何被加速到极端高的能量的？这些问题长期推动着人类去探索宇宙和大自然的奥秘 ， 其中最基本最核心的问题是起源问题 ， 被称为“世纪之谜” 。
宇宙线为带电粒子 ， 在传播过程中会被宇宙空间中的磁场影响后偏转运动方向进而失去源头位置信息 ， 所以通过宇宙线粒子探测并不能找到宇宙线的起源天体 。 宇宙线的能谱从1011eV到1020eV大体呈现为幂律形式 ， 表现为非热加速起源特性 。 中间有两个明显特征：在1015eV附近能谱变软 ， 呈现出“膝”形结构；在1018eV附近能谱变硬 ， 呈现出了“踝”形结构 ， 这些结构蕴含关于宇宙线起源的重要信息 。 根据银河系内天体的尺度和磁场强度对宇宙线加速上限的估计 ， 一般认为 ， “膝”区能量及以下的宇宙线起源于银河系内的天体源 ， 而“踝”区能量以上的宇宙线起源于银河系外 。
宇宙线的测量特征说明其起源于非热辐射过程 ， 而且能量非常高 。 人类根据对太阳的认识 ， 认为普通的恒星不可能把粒子加速到如此高的能量 。 因此 ， 宇宙线的发源地必然进行着极端剧烈的变化或者具备极端的物理条件 。 根据伽马射线天文观测结果 ， 目前的候选天体主要有超新星及其遗迹星云、脉冲星及其风云、年轻大质量星团、双星系统、伽马射线暴、活动星系核等 ， 这些候选源的共同特征是存在强激波 。
如何探寻宇宙线？
高能伽马天文、高能中微子天文、极高能宇宙线天文是寻找宇宙线起源的三大重要支柱 。 高能中微子和极高能宇宙线天体源的探测可以为宇宙线起源探索提供“一锤定音”的证据 。
此外 ， 伽马射线是示踪其父辈带电粒子加速的重要探针 ， 这些伽马射线天体源为宇宙线起源天体的寻找提供了重要的候选天体 。 伽马辐射存在两种可能的起源：一是高能电子与低能光子逆康普顿散射过程产生 ， 即轻子起源；二是高能强子宇宙线与周围物质通过强子—强子相互作用的次级中性π介子衰变产生 ， 即强子起源 。
强子宇宙线在宇宙线占据绝对主导份额 ， 宇宙线起源问题的研究就是寻找强子宇宙线的起源天体 。 所以通过伽马射线观测寻找宇宙线起源的重点就是确定伽马射线的辐射机制 ， 排除轻子起源和寻找强子起源证据 ， 但是这同时也是难点所在 ， 因为大部分源在GeV-TeV（1G=109 ， 1T=1012）能区 ， 很难区分这两种辐射机制 ， 目前大部分伽马射线源倾向于轻子源 。
推荐阅读
- 高能物理|高能物理研究所研制出硅超快传感器：具有良好抗辐照性能
- 高能物理|我国科学家在宇宙起源和原初引力波研究取得新突破
- 广东|毫米波雷达、数字孪生……广东的这场大赛全程“黑科技”高能来袭
- 进行|B站对高能链进行回应，版权是重点
- 投资|从“伏羲瑶台”到“高能链”，互联网公司无法拒绝元宇宙
- 虚拟|元宇宙再添一员，B站“高能链”已内测，大厂进击元宇宙
- 数字化|B站测试高能链，已上线区块链浏览器工具
- 高能物理|如何建设世界领先的大科学装置？来听听青年科学家的故事
- IT|专家称发现马航MH370 水下4000米打捞有多困难？
- TSMC|台积电欲在台中新建第二座2nm芯片工厂 引发用水与高能耗环保争议