科学家发现附近年轻宇宙射线电子源存在的最有力证据

一项新的研究利用国际空间站上的 CALorimetric Electron Telescope（CALET）仪器近八年的数据，报告了比以往任何研究都要多的高能电子。对这些数据的仔细分析增强了人们对超新星残骸内部宇宙射线电子加速过程的理解，并表明高能宇宙射线电子有一个或多个本地（从宇宙角度来说）来源。资料来源：美国国家航空航天局

因此，这些数据所包含的高能电子比以往任何工作都要多。这使得数据的统计分析更加稳健，并为宇宙射线电子存在一个或多个本地来源的结论提供了支持。

CALET与美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心（NASA Goddard Space Flight Center）合作，UMBC空间科学与技术中心的助理研究科学家尼古拉斯-坎纳迪（Nicholas Cannady）是这项研究的负责人。他补充说："有了这篇论文，我们才真正能够进入我们很少有事件发生的领域，开始寻找最高能量的东西，这令人兴奋。"

更好地了解银河系

目前的理论认为，超新星（恒星爆炸）的余波，即超新星残骸会产生这些高能电子，它们是一种特殊类型的宇宙射线。坎纳迪解释说，电子在离开其源头后很快就会失去能量，因此到达CALET的稀有高能电子被认为来自相对较近（在宇宙尺度上）的超新星残骸。

坎纳迪说："这项研究的结果'有力地表明，我们理解这些高能电子的范式是正确的，即它们来自超新星残骸，而且它们是按照我们认为的方式加速的。这些发现让我们了解了这些超新星残骸中发生了什么，并为我们更好地了解银河系和银河系中的这些来源提供了一种途径"。

CALET是一个合作项目，由鸟居尚司领导的日本、意大利和美国的研究小组共同建设和运行。这项工作在日本的主要贡献者是东京早稻田大学的 Torii、Yosui Akaike 和 Holger Motz，在美国的牵头机构是路易斯安那州立大学。

新数据带来新的宇宙射线源

之前的研究发现，随着能量的增加，到达 CALET 的电子数量稳步下降，最高可达约 1 太伏（TeV），即 1 万亿电子伏特。能量更大时，到达 CALET 的电子数量极少。但在这项研究中，CALET 并没有出现预期的下降。相反，研究结果表明，在最高能量下，粒子的数量趋于平稳，甚至有所增加--在少数情况下甚至高达 10 TeV。

以前的实验只能测量大约 4 TeV 以下的粒子，因此，本研究中的最高能量候选事件是有关附近潜在宇宙射线电子源的重要新信息来源。坎纳迪领导了对这些事件逐一进行分析的工作，以确认它们代表了一个真实的信号，对这些事件的深入研究即将展开。

应对挑战

在高能量下很难区分电子和质子，而且到达的质子比电子多得多，这给精确分析带来了挑战。为了区分粒子，研究人员开发了一个程序，分析粒子撞击探测器时是如何分解的。质子和电子的分解方式不同，因此比较它们在这一过程中产生的粒子级联就可以过滤出质子。然而，在最高能量下，质子和电子之间的差异会减小，因此很难从数据中准确地只去除质子。

为了解决这个问题，坎纳迪带领CALET团队努力模拟质子和电子的击穿模式，这些质子和电子都来自每个高能事件发生的确切方向。这提高了团队尽可能准确地确定这些事件是电子还是质子的能力。

坎纳迪说："基于这项工作，我们相信我们正在以一种现实的方式评估事件是质子的可能性。经过仔细分析后，数据集中保留了足够多的假定电子，因此可以断定存在真实信号。"

挑战极限

路易斯安那州立大学物理学教授、美国 CALET 合作项目负责人格雷戈里-古兹克（T. Gregory Guzik,）对数据的进一步分析表明，来自附近超新星残骸三个最佳候选者的电子可以解释高能到达。

Guzik分享道："这些CALET观测为在地球上测量来自特定附近超新星遗迹的物质提供了诱人的可能性。在国际空间站的整个寿命期间继续进行CALET测量，将有助于揭示银河系中相对论物质的起源和传输的新情况。"

对于坎纳迪来说，"最令人兴奋的部分是看到最高能量的东西。我们有一些高于 10 TeV 的候选者--如果证实这些是真实的电子事件，那就真的是一把烟枪，可以清楚地证明附近有一个源，这基本上就是 CALET 的初衷，因此能够从事这项工作并最终获得突破我们之前所见极限的结果，实在令人兴奋。"