新理论揭示了极端能量空间粒子的统一起源 2017-06-12 05:12:54

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这张图片展示了宇宙射线的巨大储层中的“多信使”发射,这种宇宙射线被来自超大质量黑洞的强大喷流加速

信用:Kanoko Horio新模型连接了高能中微子,超高能宇宙射线的起源,在他们的环境中嵌入黑洞喷射的高能γ射线天体物理学中最大的神秘之一是超高能宇宙射线,高能中微子和高能伽马射线的起源现在,一个新的理论模型揭示,在宇宙射线被来自超大质量黑洞的强大喷流加速后,它们都可以被射入太空

该模型同时解释了所有三种“宇宙信使”粒子的自然起源,并且是它的第一个天体物理模型

基于详细的数值计算的类型由宾夕法尼亚州立大学和马里兰大学科学家制作的描述该模型的科学论文将是在2018年1月22日的“自然物理学”杂志的网站上作为高级在线出版物出版“我们的模型展示了一种理解为什么这三种类型的宇宙信使粒子具有惊人相似的宇宙能量输入的方法,尽管事实如此他们通过基于太空和地面的探测器观测到超过10个数量级的单个粒子能量,“宾夕法尼亚州立大学物理学和天文学和天体物理学助理教授Kohta Murase说道

”测得的强度非常高能量中微子,超高能宇宙射线和高能伽马射线大致相当,诱惑我们想知道这些极其高能粒子是否有一些物理连接

新模型表明,非常高能中微子和高能伽马射线是自然产生的通过粒子碰撞作为宇宙射线的子粒子,因此可以继承其母粒子的可比能量预算monstrates认为,三个宇宙信使的相似能量可能不仅仅是巧合“超高能宇宙射线是宇宙中最有活力的粒子 - 它们中的每一个都带有太高的能量,甚至连大型强子对撞机都无法产生,世界上最强大的粒子加速器中微子是神秘的,几乎不与物质相互作用的幽灵粒子在南极洲的IceCube中微子天文台中发现了超高能量的中微子,能量超过一百万兆电子伏特

最着名的电磁能 - 那些能量比可见光的光子高出十亿倍的能量已被费米伽马射线太空望远镜和其他地面观测台观测到“结合这三种宇宙信使的所有信息是相辅相成的,近年来这种多信使方式变得极为强大, Murase说,Murase和这篇新论文的第一作者,马里兰大学的博士后助理柯芳试图解释最新的高能中微子,超高能宇宙射线和高能量的多信使数据基于单一但逼真的天体物理设置的伽马射线他们发现通过使用数值模拟分析这些带电粒子的命运可以很好地解释多信使数据“在我们的模型中,宇宙射线由活跃星系核的强大射流加速通过在喷气机末端经常发现的无线电波瓣逃逸,“方说”然后我们计算宇宙射线在环境磁场存在的星系团和群内的传播和相互作用我们进一步模拟宇宙射线在源和地球之间的星系间磁场中的传播和相互作用最后,我们整合了宇宙中所有来源的贡献“The lea在宇宙中能量最高的宇宙粒子起源的半个世纪之谜中,嫌疑人被称为“活动星系核”的星系,在中央超大质量黑洞周围有一个超辐射核心区域

一些活跃的星系核伴随着强大的相对论喷射器由喷射器或其环境产生的高能宇宙粒子几乎与光速一样快地射入太空 “我们的工作表明,超高能宇宙射线从活跃的星系核及其环境如星系团和星团中逸出,可以解释超高能宇宙射线谱和成分

它还可以解释地面发现的一些无法解释的现象

基于实验,“方舟子说:”同时,超过一亿兆电子伏特的高能中微子光谱可以通过宇宙射线与星系团和星团中的气体之间的粒子碰撞来解释

此外,相关的伽马射线发射即将来临来自星系团和星系际空间的弥散高能伽马射线背景的无法解释的部分与一种特定类型的活动星系核无关“”这个模型为进一步尝试建立大统一模型铺平了道路这三个宇宙信使是如何通过同一类天体物理资源相互物理连接的以及高能中微子和伽马射线产生的共同机制,“Murase说”然而,还有其他可能性,需要解释几个新的谜团,包括千万兆电子伏特范围内的中微子数据南极洲的IceCube中微子观测站因此,基于多信使方法的进一步研究 - 将理论与所有三个信使数据相结合 - 对于测试我们的模型至关重要“新模型有望激发对星系团和群的研究,以及高能宇宙粒子的其他统一模型的开发当使用下一代中微子探测器(如IceCube-Gen2和KM3Net)以及下一代伽马射线望远镜切伦科夫进行观测时,预计将进行严格的测试

望远镜阵列“多信使粒子天体物理学的黄金时代最近才开始,”Murase说:“现在,我们可以从所有的信息中学到所有信息不同类型的宇宙信使对于揭示极端能量宇宙粒子物理学的新知识以及对我们宇宙的更深入理解非常重要“出版物:Ke Fang&Kohta Murase”,通过嵌入的黑洞喷射器连接高能宇宙粒子大型结构,“自然物理学(2018)doi:101038 / s41567-017-0025-4来源:Barbara K Kennedy,宾夕法尼亚州立大学