在地球上，大型強子對撞機可以將原子粉碎在一起，並將粒子加速到接近光速 – 但在太空中，存在著高能宇宙射線，其能量甚至比那些拉鍊粒子還要高出 1000 萬倍。現在，新的研究表明，這類宇宙射線可能隱藏著一個秘密，而這個秘密是解開 60 年來太空謎團的關鍵。
其中之一 宇宙射線 例如，稱為 天照粒子 （繼日本太陽女神之後）撞見 地球 到 2021 年，能量將是粒子碰撞時的 4,000 萬倍 大型強子對撞機 （大型強子對撞機）。天照被認為是迄今為止發現的第二強大的宇宙射線——僅次於“天照”粒子哦天哪「」於 1991 年被發現。然而，這些粒子的起源以及將它們加速到如此高能量的來源仍然籠罩在神秘之中。
「自從第一個例子被報導以來，超高能宇宙射線的起源和加速機制在 60 多年來一直是該領域最大的謎團之一，」賓州州立大學埃伯利科學院的團隊負責人 Kohta Murase 說道。 在一份聲明中說。 「超高能宇宙射線只能由宇宙中一些最強大的源加速。當我們在地球上探測到像天照粒子這樣的單一宇宙射線粒子時，我們通常可以利用它們的能量、到達方向和預期的磁偏差來推斷它們可能的宇宙源。”
許多來源被認為是高能量宇宙射線的起源，包括大質量恆星的坍塌形成 中子星 或一個 黑洞 或兩顆中子星本身的碰撞。就上下文而言，構成中子星的物質非常緻密，如果將一茶匙帶到地球，它的重量約為 1000 萬噸，相當於 85,000 頭成年藍鯨的重量（用茶匙試試）。
因此，將一個太陽質量的天體壓縮成大約 12 英里（20 公里）的寬度已經是令人難以置信的暴力——考慮一下其中兩個緊湊天體相遇的情況。
村瀨說：「這些高能量宇宙射線被認為來自極端的天體物理來源，例如兩顆中子星的碰撞或一顆大質量恆星的塌縮。」 “對於許多宇宙射線事件來說，它們的能量分佈、到達方向模式和統計推斷的成分提供了關於這些粒子來自何處以及它們如何加速的重要線索。”
如果村瀨和其他研究人員正確地認為宇宙射線可以是比鐵重的元素的原子核，那麼這個中子星碰撞的故事可能最終有現實基礎。
為了了解這些高能粒子及其起源，村瀨和同事進行了模擬，追蹤不同質量的宇宙射線在穿越遙遠的宇宙距離到達地球時如何損失能量。這表明，比鐵原子核重的原子核比輕粒子損失能量的速度慢得多。
村瀨說：「我們的研究表明，在與天照粒子相當的能量下，超重原子核比質子或中等質量原子核失去能量的速度更慢，這使得它們能夠更好地在宇宙距離中生存並以極端能量到達地球。」 “我們並不是說所有超高能宇宙射線都是超重核來源的方式。”
該團隊也能夠限制高能量宇宙射線總體中重宇宙射線核的數量。
村瀨說：「最有希望產生和加速這種超重核心的地點是大規模的恆星死亡，涉及爆炸性塌縮成黑洞或強磁化的中子星，以及已知是強大的引力波發射器的中子星的雙星合併。」 「這些劇烈的宇宙事件還可以為伽馬射線爆發提供動力，伽馬射線爆發是宇宙中能量最高的射線爆炸之一。
“這些來源的貢獻也可能有助於解釋南北天空在超高能宇宙射線光譜中可能存在的差異。如果超重核在較高能量下貢獻顯著，那麼未來的數據應該顯示出比鐵更重的成分。”
這些結果於週四（5 月 7 日）發表在該雜誌上 物理評論論文。
