超高能宇宙射线
维基百科,自由的 encyclopedia
在粒子天文物理中,超高能宇宙射线(英语:Ultra-high-energy cosmic ray,UHECR)是指能量高于1 EeV(1018电子伏特,相当约0.16焦耳)的宇宙射线,其能量远高于其他典型宇宙射线的静质量与能量。
极高能宇宙射线(英语:Extreme-energy cosmic ray,EECR)是能量超过5×1019 eV(相当约8焦耳)的UHECR。5×1019 eV这个值即所谓GZK极限,指的是长距离行进(约1.6亿光年)的宇宙射线质子会因为宇宙微波背景(CMB)中光子的散射,导致能量有上限。因此,EECR不可能自早期宇宙就存在至今,而是宇宙学上较“年轻”的宇宙射线,而且因某种未知的物理过程而从本超星系团的某个位置发射出来。如果EECR不是质子,而是核子数为 的原子核,那么GZK极限也适用该核子数,只是原子核的总能量限制前带有
的分数。对于铁原子核,相应的极限会是7002448609416360000♠2.8×1021 eV 。但是,核物理过程导致铁原子核的极限与质子相近。其他高丰度的原子核其极限甚至更低。
这些粒子非常稀有;在2004年至2007年之间, 皮埃尔・奥格天文台 (PAO)初始运行时检测到27起事件,估计它们抵达天文台时能量超过 7000913240597589999♠5.7×1019 eV ,也就是说,该天文台所调查的 3000 km2 面积之中大约每四周就发生一次这样的事件。 [1]
有证据显示,这些最高能量的宇宙射线可能是铁原子核 ,而不是构成大多数宇宙射线的质子。 [2]
人们推定EECR的(假说性的)发射源称为捷伐加速器(Zevatron),其命名就如同劳伦斯・柏克莱国家实验室的贝伐加速器(Bevatron),以及费米实验室的兆电子伏特加速器(Tevatron)一样,所以能够将粒子加速到1 ZeV(1021 eV,皆电子伏特)。基于星系喷流内部的冲击波可引起粒子的扩散加速,星系喷流在2004年一度被考虑可能就是Zevatron。特别是,模型表明,附近M87星系喷流冲击波可能将铁原子核加速到ZeV范围。 [3] 2007年,皮埃尔・奥格天文台观测到EECR与附近星系中心的河外超大质量黑洞(叫做活跃星系核)具有关联性。[4] 然而,随著持续的观察,两者关联性的强度变得越来越弱。虽然最新的结果显示这些EECR中似乎只有不到40%来自AGN,其相关性比以前报道的要弱得多,[2]但活跃星系核磁层中加速度的离心机制也可以解释极高的能量[5] 。 格里布(Grib)和帕夫洛夫(Pavlov)(2007,2008)的提出一个更具推测性的建议,是设想超重暗物质通过潘罗斯过程的衰变 。