有一天,三位宇宙信使到访地球。极高能宇宙射线、高能中微子和高能伽玛射线,这三位天外来客的起源问题一直是天体粒子物理学中最大的谜题。天文学家从太空和地面探测器观测到这三类粒子后发现,尽管它们的能量相差了十个数量级左右,但奇怪的是它们的能量产生率却是旗鼓相当的。
天体物理学家 Ke Fang(方可)和 Kohta Murase(村濑孔大)提出了一个新的理论模型指出,三种神秘的高能粒子或许都来自嵌入在星系团中的活跃黑洞。
极高能宇宙射线是已知宇宙中能量最高的亚原子粒子,大多数是质子,也有一些是由重原子核组成的。中微子则是出了名的神秘,它们几乎不与普通物质相互作用,因此被称为幽灵粒子。而它们的高能伙伴的能量则比它们要高出百亿倍,并且已经被南极洲的冰立方中微子天文台探测到。伽玛射线则拥有着最高的电磁能,费米伽玛射线空间望远镜和其它的地面天文台都探测到了能量比可见光光子高出一亿倍的高能伽玛射线。
半个世纪以来,天文学家一直怀疑宇宙中能量最高的粒子来自于被称为“活动星系核(AGN)”的星系。在新模型中,高能宇宙射线会在喷流中产生,并被加速至接近光速,最后通过喷流尾部的射电瓣逃逸。接着,这些逃离的高能宇宙射线会穿过AGN所在的星系团中的被磁化的气体海。
基于该模型的推测,方可和 Murase 模拟了这些来自 AGN 的宇宙射线是如何在星系团和外太空传播的,以及计算出了通过粒子对撞产生的中微子和伽玛射线的数量。
文章作者表示:“多信使粒子天体物理学的黄金时代才刚刚开始。现在,我们可以从不同类型的宇宙信使中得到的所有信息,都对揭示高能宇宙粒子的物理和理解宇宙深层奥秘至关重要。”