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。作者为中国科学院南京紫金山天文台研究员、、范。
黄小原指出，宇宙射线也是除了电磁波之外最广为人知的信使粒子，它给我们带来了很多太阳系之外的信息。宇宙射线的研究对于暗物质的间接探测也是极其重要的，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，最终会到达地球。此前，人们认为银河系的宇宙射线是以相对平滑的“海”状分布在银河系中的。
具体来说，银河系中的宇宙射线可以被超新星遗迹的冲击波或大质量恒星的星风加速。这些带电的相对论粒子随后会在银河磁场中扩散，可能会经历再加速、对流、碰撞碎裂和能量损失的过程，最终导致宇宙射线“海”在大尺度上处于近似稳定的状态，空间分布相对平滑，没有突变。
然而，关于宇宙线的加速源仍有一些不确定性。
“在银河系内部，一般认为超新星遗迹是加速源的良好候选，但理论研究认为，超新星遗迹更难以将宇宙射线加速到PeV。因为宇宙射线与星际介质碰撞会产生伽马射线，所以可以用伽马射线来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)中的不同发射成分。
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宇宙射线成分(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。
“2016年，赫斯实验组分析了殷新附近区域的弥漫伽马射线辐射，认为殷新黑洞过去的活动可以加速宇宙射线，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，研究小组利用费米卫星的伽马射线数据，在能谱分布和空间分布方面，证实了较低能量下银核宇宙线加速器的存在。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是由银心过去的活动新加速的宇宙线构成的。”黄小原说。
研究小组发现，银河系中心附近的中央分子云区的宇宙线能量密度低于量子云外的宇宙线“海”。这意味着中心分子云阻止了宇宙射线“海”中的高能粒子穿透到该区域。物理原因可能是分子云中的磁场强度更高，屏蔽了分子云中的宇宙线粒子。
类似的磁屏蔽效应在我们的太阳系中已经观测到了，也就是宇宙射线的太阳调制效应。我们的星系整体也类似于这样的屏障，把低能宇宙射线“关”在河外。
研究小组得出结论，未来对银河系中心的3D建模可能有助于我们理解宇宙射线的起源及其在银河系中心的传播。
校对:张燕