2019年，研究人員在美國猶他州的高地沙漠中檢查望遠鏡陣列表面探測器。2021年，望遠鏡陣列探測到有記錄以來能量第二高的宇宙射線粒子。圖片來源：The Yomiuri Shimbun via AP

科學家探測到了30多年來最強大的宇宙射線。但這種來自外太空的粒子的確切起源仍然是一個謎，一些人認為它可能是由未知的物理學產生的。

據估計，這一令人費解的宇宙射線的能量為240EeV（1EeV=1018eV)，可與迄今探測到的最強宇宙射線——“哦，我的天”（Oh-My-God）粒子相媲美，后者在1991年被發現時的測量值約為320EeV。11月23日，相關成果發表于《科學》。

澳大利亞科廷大學天文學家Clancy James說：“這太神奇了，大家肯定想知道是什么能產生如此高的能量。”

盡管名字叫宇宙射線，但它實際上是一種高能亞原子粒子——通常是質子，以接近光速的速度在太空中飛馳。在超高能量狀態下，宇宙射線的能量水平超過1EeV，大約是最強大的人造粒子加速器所能達到的能量水平的100萬倍。能量超過100EeV的宇宙射線很少被發現，地球每平方公里每個世紀遇到這樣的粒子還不到1個。

2021年5月27日，日本大阪公立大學天文學家Toshihiro Fujii在對美國猶他州米勒德縣的宇宙射線探測器望遠鏡陣列進行例行數據檢查時，偶然發現了一些異乎尋常的信號。這些信號表明，該設施的探測器捕捉到了某種超強能量的東西。

但Fujii一開始持懷疑態度。“我以為軟件中存在某種錯誤或缺陷。”Fujii說，“我很驚訝，但測量結果與特高能宇宙射線產生的結果一致。”科學家以日本太陽女神的名字——“天照”為這種粒子命名。

但是，當Fujii團隊試圖找出能量峰值的來源時卻一無所獲。特高能宇宙射線通常相對平穩地穿越太空，因為它們不會像低能宇宙射線那樣被磁場強烈反彈，這樣就可以很容易地精確定位它所屬的恒星、黑洞或星系。

然而Fujii團隊的計算結果是其來源于一個幾乎沒有星系存在的、類似真空的區域。研究人員還嘗試將宇宙射線與可能的源星系和位于其到達方向之外的天體進行匹配，但似乎都不合適。“什么都沒有。”Fujii說。

James說，一種解釋是估算磁場如何影響宇宙射線路徑的模型可能不正確，需要進行一些調整。如果是這樣，“天照”可能來自與團隊計算的結果略有不同的方向。“我們認為我們的估計很準，但也許我們錯了。”James說。

澳大利亞阿德萊德大學天體粒子物理學家Jose Bellido Caceres說，另一種可能性是，特高能宇宙射線是由未知的物理過程產生的，這使它們傳播的距離比想象的要遠得多。“這可能是一種新的物理學。”Bellido Caceres補充說。

Fujii團隊正在升級望遠鏡陣列，從而將其靈敏度提高到以前的4倍。這將使研究人員能夠捕捉到更多罕見的特高能宇宙射線，并更精準地追蹤它們的起源。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abo5095