過去 100 年間、物理学者は宇宙線、宇宙を高速で疾走し、すべての方向から均等に来るように見える粒子 (主に陽子) について頭を悩ませてきました。これらの銀河発射体の源は何ですか?そして、なぜ彼らはそんなに速く移動するようになったのですか?今日、国際チームは、これらの質問に答えるための大きな一歩を発表しました。宇宙線の少なくとも一部は、自然の粒子加速器として作用している超新星の残骸 (爆発した星からの物質の殻を拡大する) から来ているという決定的な証拠です。
宇宙線は、それらの相互作用がその起源をあいまいにするため、永続的な謎であることが証明されています.荷電粒子であるため、空間内の磁場の押し引きを「感じ」ます。その結果、それらは銀河を横切って長いループ経路をたどって移動し、地球上の検出器がどこから来たのかを追跡することを不可能にします.
粒子が移動する速度は、それらが何らかの激しい高エネルギー源から来ているに違いないことを示唆しています。研究者たちは長い間超新星残骸を疑っていましたが、それを証明する方法はありませんでした。カリフォルニア州パロアルトにあるスタンフォード大学の Stefan Funk 氏は、170 人の強力なチームのスポークスパーソンであると述べています。陽子の加速の副産物として生成される高エネルギーの光子であるガンマ線は、電荷を持たず、直線で空間を移動するため、中性メッセンジャーの役割を果たすことができます。しかし、高速の電子もガンマ線を生成します。これまで、物理学者は、超新星残骸から検出されたガンマ線が電子から来ているのか、陽子から来ているのかを判断できませんでした。ダブリン高等研究所のルーク・ドルリー氏は、「この 2 つのもつれを解くのは非常に困難でした。
1949 年、イタリア系アメリカ人の物理学者エンリコ フェルミは、超新星残骸が陽子を加速する方法を最初に提案しました。メカニズムは次のようになります。超新星残骸は、星間の拡散ガス (星間物質) に外側に押し出される物質の球状の殻が膨張したものです。これにより、シェルの前部に衝撃波が発生し、この衝撃前線が前後に複雑な磁場を伝えます。衝突したガス内の陽子などの荷電粒子は、これら 2 つのフィールドの間を行ったり来たりすることができ、衝撃波面を繰り返し通過し、通過するたびに新しいエネルギーを発生させます。最終的には、磁場から逃れるのに十分なエネルギーを獲得し、宇宙線として宇宙に飛び出します。
高速の陽子が星間媒体で低速のいとこの 1 つと衝突すると、それらの相互作用によって中性パイ中間子と呼ばれる素粒子が生成されることがよくあります。パイ中間子はほぼ即座に 2 つのガンマ線に崩壊します。高エネルギーの陽子が存在することを示す中性メッセンジャーです。超新星残骸によって加速された電子もガンマ線を生成しますが、2 つのガンマ線セットのエネルギー スペクトルに微妙な違いを残すメカニズムが異なります。陽子のガンマ線は実際にはパイ中間子に由来するため、各ガンマ線は少なくともパイ中間子の半分のエネルギーを持っている必要があります。低エネルギーのガンマ線は、エネルギー スペクトルに現れません。対照的に、電子からのガンマ線は、その低エネルギー カットオフ ポイントを示しません。
深宇宙からのガンマ線は、地表に到達する前に地球の大気によって阻止されるため、検出が困難です。そして最近まで、軌道上の検出器はエネルギーのカットオフを検出するほど正確ではありませんでした。しかし、NASA のフェルミ ガンマ線宇宙望遠鏡はそれを行うことができ、Funk のチームは 2008 年の打ち上げ後すぐにそれを使い始めました。その後 4 年間、彼らは近くにある 2 つの超新星残骸を研究しました。 「装置は完璧ではありませんが、適切なエネルギーでのカットオフを明確に確認できました」と Funk 氏は言います。 「私たちは、超新星残骸が宇宙線を加速できることを明確に示しました。」ドイツのハイデルベルグにあるマックス・プランク核物理学研究所のヴェルナー・ホフマンは、「これは非常に重要で、長い間期待されていた結果です。それは「少なくとも、この特別なクラスの超新星残骸の事件を解決する」.
チームは、超新星残骸が宇宙線の源であることを示しました。しかし、それらは主なソースですか？その発見には、より多くのデータの蓄積とより多くのオブジェクトの研究が必要になるとファンクは言いますが、少なくとも研究者は必要なツールを手に入れました。現在、これらのアイデアを確認する技術があります。」
