新星|新星跻身宇宙线加速器行列

能够产生高能宇宙粒子（包括强子和电子）的天体，被统称为宇宙粒子加速器。其中，能够产生强子的天体被称为宇宙线加速器。迄今为止，人们观测到的宇宙线的最高能量已达到1020电子伏特
陈松战中国科学院高能物理研究所研究员
近日，科学家利用位于非洲纳米比亚的伽马射线天文台，首次观测到新星产生的冲击波撕裂了其周围的介质，将粒子拉扯在一起并加速到极高能量，此次观测到的伽马射线，能量高达1012电子伏特，新星“蛇夫座RS”甚至可使粒子加速至理论极限速度。相关研究成果发表在国际学术期刊《科学》上。
“这项研究揭示了新星是甚高能（能量大于1011电子伏特）宇宙线加速器。 ”中国科学院高能物理研究所研究员陈松战在接受科技日报采访人员采访时表示，未来，可产生1012电子伏特伽马射线的新星将会成为地面探测装置的重要研究目标。作为宇宙线加速器，新星还是一种理想的天体物理实验室，可以用于检验激波加速粒子的现有理论。
加速能力弱而激波演变快
宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流，广义的宇宙线由各种原子核以及非常少量的电子、光子和中微子等组成，狭义的宇宙线主要是指强子。
宇宙线也被称作“银河陨石”、传递宇宙大事件的“信使” 。这是因为宇宙线本身就是组成宇宙天体的物质成分，携带着宇宙起源、天体演化的宝贵信息来到地球。
“能够产生高能宇宙粒子（包括强子和电子）的天体，被统称为宇宙粒子加速器。其中，能够产生强子的天体被称为宇宙线加速器。 ”陈松战表示，迄今为止，人们观测到的宇宙线的最高能量已达到1020电子伏特，是目前人类最大的粒子加速器——欧洲核子中心大型强子对撞机（LHC）所能加速粒子能量的1000万倍。
1912年，奥地利科学家赫斯发现宇宙线，开辟了基本粒子研究的新领域，赫斯也因此获得了诺贝尔物理学奖。 2004年，宇宙线起源及其加速机制，被确定为新世纪11个“世纪谜题”之一，科学家为此展开深入研究，希望能够揭开宇宙线的身世之谜。
百年后的今天，人类对于宇宙线又有哪些新的认知？
宇宙线很难被追根溯源。陈松战表示，宇宙线主要是带电粒子，在宇宙空间飞行时会受星际磁场影响发生偏转，逐渐偏离最初的方向。因此，根据地球上观测到的宇宙线到达地球的方向，很难反推出宇宙线发射源的方向。
好在宇宙线中的伽马射线给科学家留了“一扇窗” 。宇宙线会与其诞生处附近的星际气体碰撞产生中性的高能伽马射线，伽马射线是由高能光子组成的粒子流，与带电粒子不同，光子的传播不受磁场影响，因此伽马射线在宇宙空间沿直线传播。 “通过探测伽马射线，就可以直接找到其父辈带电粒子的加速源头。 ”他说。
据了解，科学家已经发现了200个甚高能伽马射线源，但它们只能被称为宇宙线源候选体，因为除宇宙线外，电子也会产生伽马射线。
加速机制符合主流理论模型
陈松战指出，目前粒子天体物理学最核心的问题，是寻找能够加速强子到1015电子伏特及以上的宇宙线加速器。
在加速机制方面，陈松战表示，宇宙粒子加速器是如何加速粒子的，仍然是目前科学研究中的前沿问题，已经知道的是，不同种类天体的加速机制可能不同，但是新星、超新星及其遗迹为同类天体，其加速机制是一样的。
普遍认为，粒子是由新星、超新星及其遗迹抛出的高速物质与周围介质碰撞产生的激波加速的，粒子反复穿越激波面逐步获得能量，这就是耗散激波加速理论。陈松战说，这是目前已知的非常有效的粒子加速机制，它可以将激波约10%的机械能转化为被加速粒子的能量。