研究人員在數十年的宇宙謎團中取得了關鍵突破，他們可能已經確定了超高能宇宙射線的來源。這些宇宙射線是罕見但極其強大的亞原子粒子，它們撞擊我們的大氣層時，每個粒子都具有快投棒球的能量。發表在《科學》雜誌上的一項研究發現，這些射線穿透大氣層並非來自四面八方，而是來自附近活躍星系核 (AGN) 的方向，這些明亮的星系核心被研究人員認為是受超大質量黑洞吞噬大量物質所驅動的。
這一發現來自一個由 1,400 多個地面粒子探測器和 20 多個望遠鏡組成的網路，覆蓋了阿根廷西部平原 1,200 平方英里（3,000 平方公里）的區域，面積幾乎相當於羅德島州。皮埃爾·奧傑宇宙射線天文臺南臺雖然尚未竣工，但已成為首次將 1962 年首次發現的罕見高能宇宙射線軌跡拼接在一起的實驗。
“大自然對我們非常慷慨，”巴黎第六大學和第七大學的天體物理學家安託萬·萊泰西耶-塞爾文說道，他是近 400 名奧傑合作成員中 160 人資料分析小組的一員。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞工作，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保關於當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
宇宙射線是質子或原子核，它們以接近光速的速度在太空中傳播。當它們撞擊地球大氣層時，它們會爆發出較輕的粒子或空氣簇射，延伸至 15 平方英里（40 平方公里）。能量最高的宇宙射線具有超過 1020 電子伏特（稱為 100 艾可薩電子伏特，或 EeV）的衝擊力，這是最大粒子加速器產生的能量的 1 億倍，大致相當於一個投擲良好的棒球的能量。
“很難理解粒子是如何被加速到如此高的程度的，”萊泰西耶-塞爾文說。研究人員說，只有少數來源是可能的，包括宇宙大爆炸的推測殘餘物或早期宇宙中巨大的物質失誤，以及已知至少存在的 AGN。
使問題複雜化的是，高能宇宙射線撞擊地球的平均速率約為每平方公里每世紀一次，因此需要龐大的奧傑天文臺，該天文臺完工後將包含 1,600 個粒子探測器。（奧傑北臺計劃設在美國，用於在北半球進行觀測。）
從好的方面來說，雖然低能量的宇宙射線在旅途中變得像檯球一樣混亂，但最高能量的射線卻飛得相對筆直且真實。該小組報告說，透過從多個有利位置觀察空氣簇射，奧傑儀器自 2004 年 1 月以來對近一百萬個宇宙射線簇射的飛行路徑進行了三角測量。
創紀錄的 77 條射線屬於高能型別，註冊能量為 40 EeV，這是它們開始從宇宙微波背景輻射散射的閾值。其中，能量最高的 27 個（超過 57 EeV）與包含距離地球數億光年以內的 AGN 的天空部分緊密匹配。
“我們現在確信它們不是在銀河系中產生的，”萊泰西耶-塞爾文說。他解釋說，確切的來源仍然不確定，因為該團隊必須估計帶電射線在銀河系磁場中的彎曲，隨著天文臺探測到更多事件，這種情況應該會更加清晰。
斯坦福大學的天體物理學家羅傑·布蘭福德說：“這非常暗示這些宇宙射線具有特定的起源”，也就是 AGN，他沒有參與合作，他補充說，巨大的自旋黑洞一直是他認為“最不令人難以置信的來源”。
布蘭福德說，為了給射線提供能量，AGN 的中心黑洞必須在遠離自身的地方產生巨大的電場，否則黑洞周圍的光子坩堝會散射宇宙射線並減弱它們的能量。
他補充說，如果不是因為高能宇宙射線，研究人員永遠不會猜到黑洞可能具有這種能力。“大自然會做一些我們不知道可能存在的技巧，”他說。“但它正在發生，這太棒了。”他說，奧傑最終應該會明確地確定射線的起源。“他們有能力毫無疑問地回答這些問題。”