密歇根州立大學天體物理學家的新工作可能有助於回答一個困擾了一個多世紀的科學問題：銀河宇宙射線從何而來？
宇宙射線是高能粒子，其運動速度接近光速。眾所周知，它們來自銀河系內部和宇宙的遙遠區域。然而，自 1912 年發現以來，它們的具體起源仍不清楚。密歇根州立大學物理和天文學助理教授張碩和她的研究小組進行了兩項研究，為這些粒子可能形成的位置提供了新線索。最近在阿拉斯加州安克雷奇舉行的美國天文學會第 246 屆會議上分享了這一結果。
這些快速移動的粒子可能是在惡劣的環境中產生的，例如黑洞、恆星形成區域。或恆星爆炸的殘餘物此類事件可以產生中微子。它們是微小的、幾乎無質量的粒子，不斷地穿過太空和地球。
“宇宙射線與地球生命的關係比你想像的要大得多，”張說。 “宇宙中每秒大約有 100 萬億個來自黑洞等遙遠來源的中微子穿過你的身體。你不想知道它們來自哪裡嗎？”
探索自然界最強烈的粒子加速器
宇宙射線源的威力足以將質子或電子推進到超出最先進的人造粒子加速器所能達到的能量。張的團隊專注於了解稱為 PeVatrons 的自然加速器，以確定它們的位置、位置以及它們如何將粒子提升到額外能量。深入了解這些過程可能有助於科學家回答有關星系形成和暗物質性質的更廣泛問題。
PeVatron 測試對象的 X 射線研究的新見解
在最近的一份出版物中，張和她的學生檢查了 PeVatron 候選者，其來源尚未確定。在第一項研究中，博士後研究員斯蒂芬·迪克比（Stephen DiKerby）檢查了大型高空空氣簇射天文台（LHAASO）發現的可疑高能源。但其真實性質仍不得而知。迪克比利用 XMM-牛頓太空望遠鏡的 X 射線觀測發現了脈衝星風星雲，這是一個充滿電子和高能粒子的膨脹區域，可以從脈衝星接收能量。這一發現證實了這個候選者是脈衝星風星雲型宇宙射線源。只有少數 PeVatron 被按這種方式分類。
學生主導的對其他 LHAASO 源的觀察。
第二項研究是由密歇根州立大學本科生 Ella Were、Amiri Walker 和 Shaan Karim 進行的。他們使用 NASA 的 Swift X 射線望遠鏡檢查了來自幾個研究較少的 LHAASO 宇宙射線源的 X 射線信號。通過計算 X 射線發射的上限，結果可能有助於指導未來對類似物體的研究。
“通過對宇宙射線源進行識別和分類，希望我們的努力能夠提供一個完整的分類宇宙射線源列表，”張說。 “這可能成為未來中微子觀測站和傳統望遠鏡對粒子加速機制進行更深入研究的遺產。”
結合中微子、X 射線和伽馬射線觀測。
張的團隊將通過結合冰立方中微子觀測數據與X射線和伽馬射線望遠鏡的結果來進一步研究宇宙射線的來源。他們的目的是了解為什麼一些宇宙射線源會發射中微子，而另一些則不會。以及指定這些中微子的產生地點和方式
“這項工作需要粒子物理學家和天文學家之間的合作，”張說。 “這對於密歇根州立大學高能物理小組來說是一個理想的項目。”
這項研究得到了美國宇航局多項觀測撥款和國家科學基金會 IceCube 分析撥款的支持。
