物理学家提供了一种可行且可测试的解释,说明超高能宇宙射线是如何产生的。
超高能宇宙射线是宇宙中能量最高的粒子,其能量超过人类能够达到的百万倍。尽管超高能宇宙射线的存在已被认识了60年,但研究人员一直未能成功提出一种令人满意的解释,来说明其起源并解释所有观察结果。
但纽约大学物理学家格伦尼斯·法拉尔提出的新理论为超高能宇宙射线的产生提供了一种可行且可测试的解释。
法拉尔说:“经过六十年的努力,宇宙中神秘的最高能量粒子的起源可能终于被确定。”她是纽约大学的名誉物理学教授和朱利叶斯·西尔弗、罗莎琳德·S·西尔弗以及艾妮德·西尔弗·温斯洛教授。“这一见解为理解宇宙中最具毁灭性的事件提供了新的工具:两个中子星合并形成黑洞,这一过程负责许多珍贵或奇特元素的产生,包括黄金、铂、铀、碘和氙。”
这项研究发表在期刊物理评论快报上,提出超高能宇宙射线是在双中子星合并的动荡磁场外流中被加速的——在最终黑洞形成之前,从合并残余物中喷出。该过程同时产生强大的引力波——一些引力波已被LIGO-维基合作组的科学家探测到。
法拉尔的物理评论快报提案首次解释了超高能宇宙射线的两个最神秘特征:超高能宇宙射线的能量与其电荷之间的紧密相关性,以及极少数极高能量事件的非凡能量。
法拉尔的分析得出了两个可以在未来工作中提供实验验证的结果:
- 能量最高的超高能宇宙射线源自稀有的“r-过程”元素,如氙和碲,促使对超高能宇宙射线数据中此类成分的搜索。
- 源于超高能宇宙射线碰撞的极高能中微子必然伴随母体中子星合并产生的引力波。
这项研究部分得到了国家科学基金会的资助(PHY-2013199,PHY-2413153)。