一个极其强大的宇宙射线击中了地球：我们却不知道它来自哪里

一束进入地球大气层的宇宙射线绝对让天体物理学家大吃一惊。

这个微小的粒子携带的能量超过240 EB电子伏特，即2.4 x 10的20次方电子伏特，仅次于1991年探测到的著名的、令人震惊的“Oh-My-God”粒子，当时它的能量为320亿电子伏特。

但这里有个问题。就像“Oh-My-God”粒子一样，科学家们无法追踪到这个新粒子的明显来源。

“这些粒子的能量如此之高，它们不应该受到星系和星系外磁场的影响。你应该能够指出它们来自天空中的哪里，”犹他大学的物理学家约翰·马修斯（John Matthews）说，他是望远镜阵列合作小组的成员，该小组发现了这一现象。

“但就“Oh-My-God”粒子和这个新粒子而言，你追踪它的轨迹到它的源头，却发现那里没有足够高的能量来产生它。这就是其中的奥秘 —— 到底发生了什么？”

宇宙射线有点像一个宇宙难题。一个多世纪以来，我们已经能够探测到它们，但我们仍然不清楚它们在宇宙中传播的所有不同方式。

它们实际上不像光那样是辐射；它们是粒子，主要是原子核，但也有亚核粒子，如质子和电子。它们以接近光速的速度在宇宙中穿行，具有比它们应有的更大的能量。

科学家认为，它们是在超新星和恒星碰撞等高能环境下产生的。能量较低的来源，如恒星（包括太阳）会产生能量较低的宇宙射线，但事实证明，更强大的宇宙射线更难确定。

我们的大气层保护我们免受宇宙射线的伤害，这实际上很好，但我们仍然有一些相当有效的方法来探测它们。

当宇宙射线撞击大气层时，它会与大气层中的其他粒子发生碰撞，产生大量粒子落到地球上。我们有观测站可以探测到这些粒子，并将它们与产生它们的宇宙射线碰撞联系起来。

然而，高能宇宙射线产生的“阵雨”落在一个相对较大的区域，这意味着如果我们想要准确地重建粒子事件，我们需要覆盖相当大的一片土地。

望远镜阵列由一个国际合作组织运行，有效探测面积为700平方公里（270平方英里）。

2021年5月27日，该阵列接收到一个信号。在进行了计算和分析，以及反复检查之后，望远镜阵列合作小组得出结论，他们发现了一种能量与“Oh-My-God”粒子相当的粒子。

大阪城市大学的物理学家藤井俊弘（Toshihiro Fujii）领导了这项研究，他说：“当我第一次发现这种超高能量的宇宙射线时，我想一定是搞错了，因为它显示了过去三十年来前所未有的能量水平。”

这一发现使用的技术与发现“Oh-My-God”粒子的技术不同，而且是在天空的不同区域发现的。这表明，尽管这些观测很罕见，但它们代表了真正的天体物理事件。

研究小组将这种新粒子命名为“Amaterasu”，以强大的神道教太阳女神的名字命名。研究人员说，两者都可能是质子。

而且，超高能宇宙射线的确认意味着我们现在有了一点麻烦。你看，超高能粒子有一个明显的截止，这种能量被称为“Greisen-Zatsepin-Kuzmin”极限，位于5x10的19次方电子伏特。

这被认为是粒子在大约1.6亿光年的长距离中所能保持的最大能量，因为宇宙射线在穿越太空时会损失能量。

显然，在距离我们这么远的地方，有一些东西可以产生宇宙射线，但在距离太阳系1.6亿光年的范围内，还没有发现任何足以产生“Oh-My-God”或“Amaterasu”的物质。

物理学家约翰·马修斯说：“人们认为有能量的东西，比如超新星，远没有足够的能量来做到这一点。当粒子加速时，你需要大量的能量，非常高的磁场来限制它。”

追踪“Amaterasu”似乎穿过太空的路线，我们会回到一个宇宙空隙 —— 星系倾向于聚集在细丝之间的空间区域，内部相对较少。这意味着我们不知怎么错过了一些东西。

也许磁场对粒子加速的作用比我们想象的要好。也许附近有我们没见过的源头。或者，这些粒子将我们引向一种从未见过的天体物理现象。

犹他大学的物理学家约翰·贝尔茨（John Belz)说:“这可能是时空结构的缺陷，碰撞了宇宙弦。我的意思是，我只是随便说说人们想出的疯狂点子，因为没有传统的解释。这真的是个谜。”这项研究已经发表在《科学》杂志上。

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