密歇根科技大学 茧区的24微米红外图，上面覆盖着HAWC的伽玛射线显著性图(黄绿色到红色表示伽玛射线显著性较高)
地图以茧为中心，大约4
x和y方向6度
信用:Binita Hona 几十年来，研究人员一直认为，经常从银河系遥远的地方轰击地球的宇宙射线是在恒星变成超新星时诞生的——当它们变得如此巨大以至于支持其核心发生的聚变并爆炸时
那些巨大的爆炸确实以光速将原子粒子推进了很远的距离
然而，新的研究表明，即使是能够吞噬整个太阳系的超新星，也不足以向粒子注入持续的能量，达到千兆电子伏，这是由高能宇宙射线获得的动能
然而，已经观察到宇宙射线正以这样的速度撞击地球大气层，例如，它们的通过被位于墨西哥普埃布拉附近的高海拔水切伦科夫(HAWC)天文台的探测罐所标记
研究人员假设，像天鹅座蚕茧这样的星团充当了PeV加速器——能够以如此高的能量速率在银河系中移动粒子——而不是超新星
他们的范式转换研究为恒星形成区域是质子提供了令人信服的证据，并发表在《自然天文学》和《天体物理学杂志快报》最近的两篇论文中
物理研究的一个特点是协作性
这项研究是由密执安科技大学物理学教授佩特拉·温特梅耶、最近刚毕业的比尼塔·霍纳(Binita Hona '20)、博士生黄德志、前麻省理工学院博士后亨里克·弗莱施哈克(现就职于天主教大学/GSFC国家航空航天局/欧洲科学研究中心二)、波兰克拉科夫科学院核物理研究所的萨布丽娜·卡萨诺瓦(Sabrina Casanova)、威斯康星大学方可分校和斯坦福大学的罗杰·布兰福德(Roger Blanford)以及HAWC天文台的许多其他合作者共同进行的
休恩特迈耶指出，HAWC和其他机构的物理学家已经测量了来自各个方向、跨越数十年能量的宇宙射线
正是在追踪具有最高已知能量的宇宙射线时，它们的起源变得如此重要
“低于PeV能量的宇宙射线被认为来自我们的星系，但问题是什么样的加速器能产生它们，”休恩特迈耶说
弗莱舍克说，研究人员发现的范式转变是，以前，科学家认为超新星遗迹是宇宙射线的主要加速器
“它们确实加速了宇宙射线，但是它们不能达到最高能量，”她说
那么，是什么驱使宇宙射线加速到PeV能量呢？ 弗莱舍克说:“还有其他一些迹象表明，星团可能是故事的一部分。”
“现在我们得到证实，他们能够达到最高能量
" 星团是由超新星事件的残余形成的
它们被称为恒星摇篮，包含猛烈的风和旋转碎片云——如研究人员在天鹅座OB2和星团[BDS2003]8中注意到的那些
在内部，数百颗被称为光谱型O和B星的几种类型的大质量恒星聚集在大约30秒(108光年)的区域内
“光谱型O星是最大的，”霍纳说
“当它们的风相互作用时，就会形成冲击波，这就是加速发生的地方
" 研究人员的理论模型表明，HAWC看到的高能伽马射线光子更有可能是由质子而不是电子产生的
“我们将使用美国国家航空和宇宙航行局的望远镜来寻找这些相对论性粒子在较低能量下的对应发射，”方说
宇宙射线到达我们星球的极高能量是值得注意的
将粒子加速到这样的速度需要特定的条件
能量越高，限制粒子就越困难——这是从地球上芝加哥和瑞士的粒子加速器收集的知识
为了防止粒子呼啸而去，磁性是必需的
星团——由风和新生但强大的恒星组成——是具有不同磁场的湍流区域，可以为粒子继续加速提供必要的条件
“超新星遗迹有非常快的震动，在那里宇宙射线可以被加速；然而，他们没有那种长期禁闭区，”卡萨诺瓦说
“这就是星团的用处
它们是恒星的联合体，可以产生限制宇宙射线的扰动，并使激波加速宇宙射线成为可能
" 但是怎么可能在距离地球5000光年的银河尺度上测量原子相互作用呢？研究人员利用HAWC探测罐进行了1343天的测量
黄解释了的物理学家如何通过测量宇宙射线在星系加速点产生的伽马射线来追踪宇宙射线:“我们没有直接测量伽马射线；我们测量了产生的次级射线
当伽马射线与大气相互作用时，它们在粒子簇射中产生次级粒子
" “当在HAWC检测到粒子簇射时，我们可以测量簇射和二次粒子的电荷，”黄说
“我们使用粒子电荷和时间信息来重建原始伽马射线的信息
" 除了HAWC，研究人员还计划与南部宽视场伽马射线观测站合作，该观测站目前正处于规划阶段，将像HAWC一样配备切伦科夫光探测器，但将位于南半球
“看看我们在南半球能看到什么将会很有趣，”休恩特迈耶说
“我们将能很好地看到北半球没有的银河中心
SWGO可以给我们更多的星团候选
" 未来跨半球的合作有望帮助世界各地的科学家继续探索宇宙射线的起源，并更多地了解银河系本身
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