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1912年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宇宙中能量最高的帶電粒子流——宇宙射線。自那時起，科學(xué)家一直試圖解開宇宙射線起源謎團(tuán)，因?yàn)橛钪嫔渚€促進(jìn)了星際物質(zhì)的化學(xué)演化，了解其起源對理解銀河系演化至關(guān)重要。

此前研究認(rèn)為，宇宙射線是由銀河系中的超新星遺跡（超新星爆發(fā)后的產(chǎn)物）對粒子加速形成的，到達(dá)地球的速度近乎光速。近日，一項(xiàng)發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》的研究首次成功量化了超新星遺跡中宇宙射線的質(zhì)子和電子成分。根據(jù)對射電、X射線和伽馬射線輻射的新成像分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，宇宙射線發(fā)出的超高能伽馬射線中至少有70%是由質(zhì)子引起的。

這是科學(xué)家首次定量顯示超新星遺跡中產(chǎn)生的宇宙射線數(shù)量，也是闡明宇宙射線起源的關(guān)鍵一步。這項(xiàng)研究證實(shí)了銀河系宇宙射線是由超新星遺跡中質(zhì)子加速行為產(chǎn)生的。

此前對伽馬射線的最新觀測表明，許多超新星遺跡以太電子伏特的能量發(fā)射伽馬射線。如果伽馬射線是由質(zhì)子（組成宇宙射線的主要帶電粒子）產(chǎn)生的，那么超新星遺跡起源的假設(shè)就可以得到證實(shí)。但是，伽馬射線本身就是由帶電粒子產(chǎn)生的，因此必須確定質(zhì)子或電子源是否占主導(dǎo)地位，并測量二者的貢獻(xiàn)比率。日本名古屋大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)對此展開了研究。

此前研究表明，質(zhì)子產(chǎn)生的伽馬射線強(qiáng)度與射線成像觀測獲得的星際氣體密度成正比。此外，科學(xué)家預(yù)期電子產(chǎn)生的伽馬射線強(qiáng)度與同樣由電子產(chǎn)生的X射線強(qiáng)度成正比。

由此，研究人員原創(chuàng)性地將伽馬射線輻射用質(zhì)子和電子成分的線性組合表示，即將總伽馬射線強(qiáng)度表示為質(zhì)子源和電子源伽馬射線的總和。結(jié)果表明，質(zhì)子源和電子源伽馬射線分別占總伽馬射線的70%和30%。研究還發(fā)現(xiàn)，質(zhì)子源伽馬射線在星際氣體富集區(qū)域占主導(dǎo)地位，電子源伽馬射線在星際氣體貧乏區(qū)域主導(dǎo)力增強(qiáng)。這表明兩種機(jī)制共同作用于伽馬射線。

據(jù)悉，通過使用下一代伽馬射線望遠(yuǎn)鏡——切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列，上述新方法將應(yīng)用于更多的超新星遺跡觀測分析中，極大推進(jìn)宇宙射線起源研究。（徐銳）