宇宙最强“粒子对撞机”？科学家揭秘超新星的惊人能量

近百年来，天文学家一直在探测来自遥远宇宙的高能粒子——宇宙射线。这些射线主要由质子组成，偶尔也包含较重元素的原子核。它们大多被地球磁场偏转或被高空大气吸收，但仍有少数能抵达地表，平均每秒就有一次宇宙射线击中你的身体！

宇宙射线的能量差异巨大，其中最强的能量可超过1拍电子伏特（PeV），相当于1万亿电子伏特，比地球上最强大的粒子加速器——大型强子对撞机高出千倍。天文学家一直猜测，这些高能宇宙射线可能源自大质量恒星的爆炸性死亡——超新星。超新星具备所有关键条件：爆炸释放巨大能量、拥有大量基本粒子，以及能将粒子加速到极高能量的磁场。

然而，对附近超新星遗迹（如第谷超新星和仙后座A）的观测却令人失望：它们产生的宇宙射线能量远低于预期。

在一篇即将发表于《天文学与天体物理学》的论文中，研究团队为超新星假说“正名”。他们发现，在特定条件下，超新星遗迹可成为“PeVatron”——能产生PeV级宇宙射线的超级加速器。关键在于，恒星在爆炸前必须损失大量质量，至少相当于两个太阳的物质。这种现象并不罕见，因为恒星的强风能在爆炸前吹走外层大气。但更重要的是，这些物质需保持高密度、紧凑地围绕在恒星附近。

当超新星爆炸发生时，冲击波会猛烈撞击这片物质外壳，引发剧烈的能量碰撞。冲击波穿过外壳时，会激发出极其强大的磁场。这些磁场捕获周围的亚原子粒子（外壳碎片），并在激波中来回加速它们。每次碰撞，粒子能量都会增加，最终达到足以冲出混乱、飞向宇宙的程度。

但这种“超级加速”状态仅持续数月。随着冲击波减弱，系统逐渐失去动力，仍能产生大量宇宙射线，但无法突破PeV级能量。这也解释了为何我们从未直接观测到活跃的PeVatron。银河系每隔几年就会发生超新星爆炸，但现代天文学尚未捕捉到足够近的超新星，以观测其短暂的极端能量加速窗口。

我们能做的，或许只有耐心等待下一次宇宙奇观的到来。

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