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pev 你可曾目睹浩瀚星辰綻放煙花？銀河系將迎來高能粒子流疾風驟雨( 二 )


pev 你可曾目睹浩瀚星辰綻放煙花？銀河系將迎來高能粒子流疾風驟雨
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圖3
圖3 超新星遺跡（SNR）X射線波段不同方向上的面亮度分布：上圖從SNR的脈沖星風云開始（名字為Boomerang），到SNR頭部，再到SNR尾部，面亮度和X射線波段的譜指數(shù)變化的方式不同，說明這三個區(qū)域X射線有不同的來源。下圖從SNR尾部到周圍ISM背景的面亮度變化，從圖中發(fā)現(xiàn)SNR內(nèi)部X射線輻射比周圍背景要亮。證明SNR內(nèi)部有激波將粒子加速到產(chǎn)生X射線輻射。
另一方面，伽馬射線的觀測也表明SNR G106.3+2.7區(qū)域具有非常高能的粒子被加速，但無法分辨這些粒子是電子還是質(zhì)子。因為伽馬射線產(chǎn)生的主要機制有兩種：高能質(zhì)子轟擊致密氣體產(chǎn)生（伽馬射線強子起源）和高能電子散射背景光子產(chǎn)生（伽馬射線輕子起源）。而高能電子在磁場中還會通過同步輻射產(chǎn)生X射線，所以X射線是區(qū)分伽馬射線輕子起源和強子起源的關(guān)鍵。我們通過擬合SNR G106.3+2.7的X射線和伽馬射線波段的能譜，證明>30TeV（1TeV = 1012eV）的伽馬射線需要由質(zhì)子產(chǎn)生（圖4）。此外SNR的尾部方向正好有一團致密的分子氣體（圖1和2），為高能伽馬射線的產(chǎn)生提供了條件。
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圖4
圖4 對于該超新星遺跡尾部區(qū)域多波段能譜數(shù)據(jù)的理論擬合。藍色點線和虛點線代表電子通過不同輻射機制產(chǎn)生的輻射流量；紅色虛線和虛點線代表質(zhì)子通過不同機制產(chǎn)生的輻射流量；黑色粗線是所有輻射的總和；綠色實線是質(zhì)子在輻射伽瑪射線時伴隨產(chǎn)生的中微子流量。由于磁場是一個不確定的參量，這里分別展示了兩種不同磁場強度下的模型預(yù)期。可以看到無論是哪種磁場，在電子的輻射符合射電(CGPS)與X射線(XMM)數(shù)據(jù)的前提下，電子的輻射都無法解釋1013eV之上的數(shù)據(jù)。因此必須要有高能質(zhì)子的存在才可以解釋多波段數(shù)據(jù)。
綜合各方面的觀測數(shù)據(jù)及理論預(yù)期，可認為SNR G106.3+2.7的尾部很可能是PeV質(zhì)子宇宙線的源。相比于普通的中年SNR，G106.3+2.7因其所處環(huán)境的特殊性保持了高速的激波，因而有很強的加速能力。相比于同樣有高速激波的年輕SNR，G106.3+2.7內(nèi)的粒子已被激波加速了更長時間，因此更有可能產(chǎn)生PeV宇宙線。
【 pev|你可曾目睹浩瀚星辰綻放煙花？銀河系將迎來高能粒子流疾風驟雨】總結(jié)和展望該工作揭示了一個特殊的中年超新星遺跡的存在，突破了宇宙線的超新星遺跡起源學(xué)說的標準框架，為銀河系PeV宇宙線的起源帶來了新線索。或許在銀河系中還存在著其它類似的超新星遺跡。多波段觀測對于尋找更多類似的超新星遺跡十分重要。隨著多波段觀測技術(shù)和設(shè)備的不斷升級，相信在不久的將來，人類必將揭開宇宙線起源的神秘面紗。

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