宇宙射线从何而来
宇宙射线是宇宙中能量最高的粒子,自1912年发现以来,它的起源一直是个谜。因为宇宙射线促进了星际物质的化学演化,了解它们的起源对于理解我们星系的演化至关重要。
宇宙射线被认为是由我们银河系中的超新星遗迹加速的,并且以几乎以光速到达地球。伽马射线观测的最新进展表明,许多超新星残余物以太电子伏特能量发射伽马射线。如果伽马射线是由质子产生的,而质子是宇宙射线的主要组成部分,那么就可以证实宇宙射线的超新星残源。
然而,伽马射线也是由电子产生的,因此必须确定质子或电子起源是占优势的,并测量两者的贡献之比。这项研究的结果为伽马射线的起源提供了令人信服的证据,质子成分是宇宙射线的主要组成部分,并阐明银河宇宙射线是由超新星残余产生的。
本研究的创新之处在于,伽马射线辐射是以质子和电子成分的线性组合来表示的。
天文学家知道,质子的伽马射线强度与射电线成像观测得到的星际气体密度成正比。另一方面,电子产生的伽马射线也与电子的X射线强度成正比。因此,他们将伽马射线的总强度表示为两个伽马射线分量之和,一个来自质子源,另一个来自电子起源。这导致了对三个独立观测数据的统一理解。这种方法是在本研究中首次提出的。结果表明,质子γ射线和电子γ射线分别占伽马射线总量的70%和30%。
这是第一次对这两个起源进行量化。结果还表明,质子产生的伽马射线主要分布在星际富气区,而电子伽马射线则在贫气区增强。这证实了这两种机制共同作用,并支持先前理论研究的预测。
科学家使用射电望远镜紧凑阵列精确地量化了星际气体密度分布。虽然伽马射线分辨率当时还不足以进行全面分析,极大地提高了伽马射线的空间分辨率和灵敏度,从而有可能精确地将它们与星际气体进行比较。
科学家通过X射线卫星的档案数据的X射线成像分析,进行了详细的研究,研究了伽马射线、X射线和射电发射的相互关系。这种新的方法除了现有的天文台外,还将使用下一代伽马射线望远镜应用于更多的超新星遗迹,这将极大地推动宇宙射线起源的研究。
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