新星|新星跻身宇宙线加速器行列( 二 )

宇宙粒子加速器主要有超新星爆发及其遗迹星云、脉冲星、伽马射线暴、年轻大质量星团、活动星系核等。一般认为能量在1015电子伏特及以下的宇宙线，来源于银河系内天体，而更高能量的宇宙线来源于银河系外天体。
此前观测研究已表明，新星为GeV（10亿电子伏特）宇宙粒子加速器，其加速粒子能力比上文提到的几种天体弱很多。所以，在地面伽马探测器观测中很难被探测到。
陈松战表示，此次最新研究是地面探测器首次观测到来源于新星的、能量大于1011电子伏特的伽马辐射，而宇宙线能量一般是其次级伽马光子能量的10倍，所以通过探测到1012电子伏特的伽马射线，证明了新星能够加速宇宙线粒子到1013电子伏特，也就是说，新星成为了TeV（万亿电子伏特）宇宙线加速器。 “尽管如此，新星其实还是相对比较弱的宇宙线加速器。 ”他解释说，从能量上看， TeV与PeV（千万亿电子伏特）相比能量有些低；从宇宙线的流强（每秒每平方米到达地球上的宇宙线数目）上看，新星产生的宇宙线远少于地球观测到宇宙线的总量。
那么，新星作为宇宙线加速器，其加速机制是怎样的？陈松战表示，新星一般产生于由白矮星和普通恒星组成的双星系统中，是由吸积在白矮星表面的氢被白矮星高温加热造成剧烈的核子爆炸现象，爆炸时抛出的高速物质与伴星星风碰撞产生强激波，激波可以加速粒子。
“新星最大的特点是辐射存在快速演化现象，在‘天’的时间尺度上存在显著变化，而超新星爆炸形成的激波会持续万年。所以说，新星可以作为理想的天体物理实验室，来检验现有的激波加速粒子理论。 ”陈松战说。
观测结果符合理论最高加速能量
是什么样的天体在加速宇宙线？粒子是如何被加速到极端高能的？这是新世纪科学家需要解答的宇宙难题之一。
此次最新研究中，科学家给出的理论预期最高能量为1013电子伏特。陈松战表示，这项研究中的宇宙粒子加速器的理论极限，其实是根据耗散激波加速理论估计的粒子最高加速能量得出的。
粒子能获得的最高能量受激波的速度、存在时间及对粒子的束缚能力等条件限制。耗散激波加速理论根据抛出物的速度、质量及其周围介质的密度等条件，对加速粒子的最高能量进行估计。
科学家根据观测到伽马射线的最高能量来反推出其父辈粒子的能量，也就是在新星激波中加速粒子的能量，这个能量与耗散激波加速理论预期的最高能量相当。
我国四川稻城县高海拔宇宙线观测站（LHAASO）的主要科学目标，就是通过探测能量在1014电子伏特以上的伽马射线，寻找能够加速1015电子伏特粒子的宇宙线加速器。超新星爆发及其遗迹星云能否加速宇宙线至1015电子伏特？这将需要LHAASO来探索和回答。
2021年，根据LHAASO的首批探测数据，科学家取得了重要的研究进展——发现了首批1015电子伏特宇宙粒子加速器，并观测到1400万亿电子伏特的迄今最高能量光子。
【新星|新星跻身宇宙线加速器行列】“长久以来，超新星爆发及其遗迹被认为是银河系内宇宙线的主要加速源，根据观测验证，只有大质量星产生的超新星爆发才可能加速粒子至1015电子伏特能量。 ”陈松战说。