长期以来，天文学家一直在寻找我们银河系中一些能量最高的质子的发射地点。 现在，一项使用美国宇航局费米伽马射线太空望远镜 12 年数据的研究证实，一颗超新星遗迹就是这样一个地方。
费米已经表明，爆炸恒星的冲击波将粒子的速度提升到与光速相当的速度。 这些粒子被称为宇宙射线，主要以质子的形式出现，但也可以包括原子核和电子。 因为它们都带有电荷，所以它们的路径在穿过我们银河系的磁场时会变得混乱。 由于我们不再能分辨出他们来自哪个方向，这就掩盖了他们的出生地。 但是，当这些粒子与超新星遗迹附近的星际气体碰撞时，它们会在伽马射线中产生明显的辉光——这是存在的最高能量的光。
“理论家认为银河系中能量最高的宇宙射线质子达到一百万电子伏特或 PeV 能量，”威斯康星大学麦迪逊分校物理学助理教授柯方说。 “我们称之为PeVatrons的来源的确切性质很难确定。”
被混沌磁场困住，粒子反复穿过超新星的冲击波，每次通过都会获得速度和能量。 最终，残余物再也无法容纳它们，它们飞快地飞向星际空间。
被世界上最强大的粒子加速器——大型强子对撞机所收集的能量提升到大约 10 倍，PeV 质子正处于完全逃离我们银河系的风口浪尖。
探索天文学家怎样定位超新星遗迹，该遗迹将质子发射到比地球上最强大的粒子加速器高 10 倍的能量。 图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心
天文学家已经确定了一些可疑的 PeVatron，其中包括我们银河系中心的一个。 自然，超新星遗迹在候选名单中名列前茅。 然而，在大约 300 个已知的残余物中，只有少数被发现会发射具有足够高能量的伽马射线。
一个特殊的星体残骸引起了伽马射线天文学家的极大关注。 它被称为 G106.3+2.7，是一颗彗星状的云，位于仙王座约 2,600 光年外。 一颗明亮的脉冲星覆盖了超新星遗迹的北端，天文学家认为这两个物体是在同一次爆炸中形成的。
费米的大面积望远镜，它的主要仪器，从残骸的延伸尾部探测到了十亿电子伏特 (GeV) 的伽马射线。 （相比之下，可见光的能量约为 2 到 3 个电子伏特。）位于亚利桑那州南部 Fred Lawrence Whipple 天文台的高能辐射成像望远镜阵列系统 (VERITAS) 记录了来自同一地区的更高能量的伽马射线。 墨西哥的高海拔水切伦科夫伽马射线天文台和中国的西藏 AS-伽马实验都从费米和 VERITAS 探测的区域探测到能量为 100 万亿电子伏特 (TeV) 的光子。
华盛顿美国天主教大学和美国宇航局戈达德空间的合著者 Henrike Fleischhack 解释说：“这个物体现在已经引起了相当大的兴趣，但要将其冠以 PeVatron，我们必须证明它正在加速质子。”马里兰州格林贝尔特的飞行中心。 “问题是加速到几百 TeV 的电子可以产生相同的发射。现在，借助 12 年的费米数据，我们认为我们已经证明 G106.3+2.7 确实是 PeVatron。”
8 月 10 日，在《物理评测快报》杂志上发表了一篇详细介绍该发现的论文，该论文由 Fang 领导。
这个序列比较了三个能量范围内的费米结果。 脉冲星 J2229+6114 是顶部的明亮源，超新星遗迹 G106.3+2.7（绿色轮廓）的北端。 在每个能量范围内，序列首先显示伽马射线的数量，然后显示与背景模型预期相比的过量数量。 较亮的颜色表示更多数量的伽马射线或过量。 当超新星的冲击波加速的质子撞击附近的气体云时，会在最高能量下出现新的伽马射线源。 图片来源：NASA / Fermi / Fang 等人。 2022
脉冲星 J2229+6114 在旋转时会在灯塔状的信标中发出自己的伽马射线，而这种辉光以几 GeV 的能量支配着该区域。 这种发射大部分发生在脉冲星自转的前半段。 该团队通过仅分析从周期后期到达的伽马射线有效地关闭了脉冲星。 在 10 GeV 以下，残余物尾部没有明显的发射。
在这个能量之上，脉冲星的干扰可以忽略不计，额外的来源变得很明显。 该团队的详细分析压倒性地支持 PeV 质子作为驱动这种伽马射线发射的粒子。
“到目前为止，G106.3+2.7 是独一无二的，但它可能会成为发射伽马射线达到 TeV 能量的新超新星遗迹群中最亮的成员，”Fang 指出。 “通过费米和超高能伽马射线天文台的未来观测，可能会发现更多。”
美国宇航局探索宇宙奥秘——这个特殊的谜题需要十多年的前沿观察才能解决。
