銀河系的中心 ， 人馬座方向和被稱為人馬座A*的看不見的黑洞 。圖片來源：美國國家航空航天局
據洛斯阿拉莫斯國家實驗室（布萊恩·基南）：在墨西哥Sierra Negra火山海拔13000英尺的高空水切倫科夫（HAWC）天文臺，研究人員正在研究銀河系中的一個暴力謎團 。洛斯阿拉莫斯國家實驗室共同領導的一個國際研究小組觀測到了超過100萬億電子伏的超高能伽馬射線，首次將其起源追蹤到銀河系中心 。
洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家、能源部該項目的首席研究員帕特·哈丁說：“這些結果是對銀河系中心的一瞥 ， 其能量比以往任何時候都高出一個數量級 。” 。
“這項研究首次證實了PeVatron超高能伽馬射線源位于銀河系中被稱為銀河系中心脊的位置，這意味著銀河系中心是宇宙中一些最極端物理過程的所在地 。”
HAWC天文臺已經收集數據七年多了 。通過這樣做，研究人員觀察到了近100次能量超過100萬億電子伏的伽馬射線事件 。
正如Sohyoun Yu Cárcaron在《天體物理學雜志快報》上發表的一項分析所述，這些數據可以直接研究宇宙射線與PeVatron的相互作用 ， 并將其與其他觀測結果進行比較，從而幫助確定發射過程和位置——就在銀河系的中心 。
宇宙中最劇烈的過程
實際的PeVatron本身仍然是一個尚不清楚的現象，但它以任何形式存在的事實都指向了銀河系中心的暴力政權 。眾所周知 ， 銀河系的這個區域包括一個被中子星和白矮星包圍的超大質量黑洞，這些白矮星會從附近的恒星上剝離物質 。
該地區被高達數百萬度的稠密氣體云所籠罩 ， 往往阻礙了對該地區的直接光學觀測 。
因此，對伽馬射線的觀測對于闡明在極端環境中工作的宇宙過程至關重要 。超高能伽馬射線起源于PeVatron源的存在 ， 該源將粒子加速到100萬億電子伏（PeV）的能量，比燈泡發出的光粒子強千萬億倍 。
PeVatron產生的宇宙射線質子以超過99%的光速傳播，與稠密的環境氣體相互作用 ， 產生超高能伽馬射線 。
然而，PeVatrons的確切性質仍然是個謎 。所涉及的能量指向了宇宙中可以想象到的一些最劇烈的過程：一顆恒星在超新星中的死亡，伴隨著富含聚變的恒星誕生的沖擊和輻射，一個黑洞吞噬了另一個黑洞 。
哈丁說：“許多這樣的過程非常罕見，你不會想到它們會發生在我們的星系中，或者它們發生在與我們的星系大小無關的尺度上 。” 。例如 ， 一個黑洞吞噬另一個黑洞將是我們銀河系外唯一預期的事件 。"
切倫科夫光在粒子探測中的應用
HAWC是一個獨特的實驗，旨在捕獲相對較少的可以穿越星際距離到達地球的超高能伽馬射線 。在Sierra Negra火山的斜坡上，300個糧倉里裝滿了水，每個糧倉的底部都裝有光電倍增管探測器 。
當超高能粒子到達地球大氣層時，它們會分解成大量低能粒子的空氣簇射 。當帶電粒子以超過水相速度的速度穿過水箱時，它們會產生切倫科夫光或切倫科夫輻射，一種藍色的輝光——這種效果有點類似于聽覺上的音爆 。
然后，研究人員分析了在坦克上檢測到的粒子的時間分布，以了解正在發揮作用的能量機制，推斷粒子的起源是超高能伽馬射線 。
確定PeVatron的具體位置
HAWC天文臺實驗建立在開創性的米拉格羅實驗的基礎上，米拉格羅實驗是一個伽馬射線天文臺，在洛斯阿拉莫斯郊外的杰梅茲山脈有一個500萬加侖的水池和700個光探測器 。Milagro在2008年收集了數據，然后研究人員向南移動到HAWC天文臺 ， 以便能夠捕獲更靠近銀河系中心的粒子 。
研究小組計劃擴展其HAWC天文臺的發現，并通過一項新的實驗縮小PeVatron源的具體位置，即南部廣域伽馬射線天文臺，該設施正在智利阿塔卡馬沙漠建造 。有了銀河系中心更寬的窗口，科學可能會更深入地了解我們銀河系中心的奧秘 。

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