由犹他大学和东京大学领导的望远镜阵列合作组织观测到的极高能宇宙射线的艺术家插图。它被命名为“天照大神粒子”。大阪市立大学/L-INSIGHT、京都大学/Ryuunosuke Takeshige

太空科学家试图了解强大宇宙射线的神秘起源，他们发现了一种罕见的超高能粒子，他们认为这种粒子是从银河系之外传播到地球的。

根据周四发表在《科学》杂志上的新研究的作者的说法，这种肉眼看不见的亚原子粒子的能量相当于从腰部高度向你的脚趾扔一块砖头。研究发现，它与有史以来观测到的最有活力的宇宙射线相媲美，即1991年探测到的“Oh-My-God”粒子。

宇宙射线是带电粒子，它们在太空中传播并不断落在地球上。低能宇宙射线可以从太阳发出，但极高能量的宇宙射线是例外。它们被认为是从其他星系和银河系外来源前往地球的。

“如果你伸出你的手，每秒都会有一道（宇宙射线）穿过你的手掌，但这些都是低能量的东西，”该研究的合著者、犹他大学研究教授约翰·马修斯说。

当你看到这些非常高能的（宇宙射线）时，它更像是每平方公里每世纪一条。它永远不会经过你的手。

尽管进行了多年的研究，但这些高能粒子的确切起源仍不清楚。它们被认为与宇宙中最有活力的现象有关，例如涉及黑洞、伽马射线暴和活跃星系核的现象，但迄今为止发现的最大的现象似乎起源于空隙或空旷的空间——那里没有发生过剧烈的天体事件。

▊追踪高能宇宙射线

最近发现的粒子，以日本神话中的太阳女神命名，被犹他州西部沙漠的一个宇宙射线天文台发现，被称为望远镜阵列。

望远镜阵列于2008年开始运行，由507个乒乓球台大小的表面探测器组成，覆盖700平方公里（270平方英里）。

根据这项研究，它已经观测到30多条超高能宇宙射线，但没有比天照大神粒子更大的宇宙射线，它于2021年5月27日袭击了犹他州上空的大气层，将二次粒子雨点落到地面上，在那里它们被探测器拾取。

你可以看……（在）有多少粒子撞击每个探测器，这告诉你初级宇宙射线的能量是多少，马修斯说。

该事件触发了23个表面探测器，计算出的能量约为244埃电子伏特。30多年前探测到的“哦，我的上帝粒子”是320埃纳电子伏特。

作为参考，1 exa 电子伏特等于 10 亿千兆电子伏特，1 千兆电子伏特是 10 亿电子伏特。这将使天照大神粒子达到 244,000,000,000,000,000,000 电子伏特。相比之下，根据美国宇航局的数据，极光中电子的典型能量为 40,000 电子伏特。

犹他州的一个望远镜站，星星在头顶旋转。Courtesy University of Utah

纽约大学物理学教授格伦尼斯·法拉尔（Glennys Farrar）解释说，超高能宇宙射线携带的能量比任何人造粒子加速器（如大型强子对撞机）的能量高出数千万倍，这是有史以来最强大的加速器。

我们需要的是一个非常高磁场的区域 - 就像一个超大型的LHC，但很自然。而且所需的条件非常特殊，所以来源非常罕见，粒子消散到浩瀚的宇宙中，所以撞击地球的机会很小，法拉尔说，他没有参与这项研究，通过电子邮件。

大气层在很大程度上保护人类免受粒子的任何有害影响，尽管宇宙射线有时会导致计算机故障。据美国宇航局称，这些粒子和更广泛的太空辐射对宇航员构成了更大的风险，有可能对DNA造成结构损伤并改变许多细胞过程。

▊神秘来源

这些超高能粒子的来源让科学家们感到困惑。

望远镜阵列合作组织（Telescope Array Collaboration）的联合发言人马修斯（Matthews）表示，有记录的两条最大的宇宙射线似乎“有点随机”——当追溯它们的轨迹时，似乎没有什么高能量足以产生这样的粒子。具体来说，天照大神粒子似乎起源于所谓的局部虚空，这是一个与银河系接壤的空旷空间。

“如果你拿两个能量最高的事件——我们刚刚发现的那个，'哦，我的上帝'粒子——这些事件似乎甚至没有指向任何东西。它应该是相对接近的东西。拥有可见望远镜的天文学家看不到任何非常大和非常猛烈的东西，马修斯说。

它来自一个看起来像当地空旷空间的地区。这是一个虚空。那到底是怎么回事？

望远镜阵列的扩展可能会提供一些答案。根据犹他大学的声明，一旦完成，500个新探测器将使望远镜阵列能够捕获2,900平方公里（约1,120平方英里）的宇宙射线诱导粒子阵雨 - 这个区域几乎相当于罗德岛的大小。