神秘的宇宙射線電子暗示了一個意想不到的來源

有史以來探測到的最有能量的宇宙射線電子為我們提供了一些關于這些神秘粒子起源的重要線索。

自 2015 年以來，超過 700 萬個粒子擊中了綁在國際空間站堅固而寬闊的背面的 CALorimetric 電子望遠鏡 （CALET）。

這個龐大的集合為科學家提供了一個強大的數據集，他們說，該數據集指向至少一個附近的宇宙射線電子源 - 甚至可能更多。

“最令人興奮的部分是以最高的能量看待事物，”天體物理學家尼古拉斯·坎納迪（Nicholas Cannady）說馬里蘭大學巴爾的摩縣分校，由日本早稻田大學的天體物理學家Shoji Torii領導的CALET合作組織成員。

“我們有一些超過10太電子伏特的候選者 - 如果證實這些是真正的電子事件，那真的是一個冒煙的槍，可以清楚地證明附近來源。

我們已經知道精力充沛宇宙射線因為他們存在的跡象是一個多世紀前首次觀察到，在那段時間里，它們的來源在很大程度上仍然是個謎。

它們是微小的粒子——主要是原子核，但也有質子和電子等亞核粒子——以接近光速的速度流過宇宙，其功率比這些小東西應該具有的要大。

然而，就像宇宙中大多數高能物質一樣，科學家們認為它們來自高能來源。到目前為止，最可能的解釋是超新星殘骸，它加速粒子并讓它們在空間中縮放，但也有其他可能的來源。

其中之一是理論上的湮滅暗物質，因此物理學家熱衷于研究它們并了解它們的起源。但是檢測它們有點棘手。在地球上，宇宙射線與大氣中的原子和分子碰撞并產生粒子陣雨;這是我們探測到的陣雨，而不是宇宙射線本身。

一些高能電子探測器也受到快速飛行質子干擾結果的干擾。但是，基于太空的CALET實驗可以直接探測宇宙射線，最高可達高能量。

以前的工作允許探測宇宙射線高達 4.8 太電子伏特.這項工作發現，隨著能量水平的增加，宇宙射線的數量下降。

利用CALET龐大的數據池和新的工藝來篩選出由干擾質子引起的錯誤，該團隊能夠檢測到高達7.5太電子伏特的電子宇宙射線，大大增加了數據的范圍。

而且，有趣的是，他們發現在更高能量下，宇宙射線入射沒有下降。如果有的話，情況似乎恰恰相反：在最高能量下，宇宙射線似乎會增加。

我們仍然不知道它們來自哪里，但是，由于宇宙射線在太空中旅行時會失去能量，高能量表明它們一定來自離我們相對較近的地方。

事實上，附近有超新星殘骸，其位置和距離與數據集中探測到的一些最高能量宇宙射線的探測一致。該團隊希望持續的觀察將進一步闡明起源。

“這些CALET觀測結果開啟了一種誘人的可能性，即來自附近特定超新星殘骸的物質可以在地球上被測量。物理學家 T. Gregory Guzik 說路易斯安那州立大學（Louisiana State University）的CALET合作組織美國分部負責人。

“在國際空間站的整個生命周期中繼續進行CALET測量將有助于為我們銀河系中相對論物質的起源和運輸提供新的線索。

該研究已發表在物理評論快報.

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