超高能宇宙射線
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在粒子天文物理中,超高能宇宙射線(英語:Ultra-high-energy cosmic ray,UHECR)是指能量高於1 EeV(1018電子伏特,相當約0.16焦耳)的宇宙射線,其能量遠高於其他典型宇宙射線的靜質量與能量。
極高能宇宙射線(英語:Extreme-energy cosmic ray,EECR)是能量超過5×1019 eV(相當約8焦耳)的UHECR。5×1019 eV這個值即所謂GZK極限,指的是長距離行進(約1.6億光年)的宇宙射線質子會因為宇宙微波背景(CMB)中光子的散射,導致能量有上限。因此,EECR不可能自早期宇宙就存在至今,而是宇宙學上較「年輕」的宇宙射線,而且因某種未知的物理過程而從本超星系團的某個位置發射出來。如果EECR不是質子,而是核子數為 的原子核,那麼GZK極限也適用該核子數,只是原子核的總能量限制前帶有 的分數。對於鐵原子核,相應的極限會是7002448609416360000♠2.8×1021 eV 。但是,核物理過程導致鐵原子核的極限與質子相近。其他高豐度的原子核其極限甚至更低。
這些粒子非常稀有;在2004年至2007年之間, 皮埃爾・奧格天文台 (PAO)初始運行時檢測到27起事件,估計它們抵達天文台時能量超過 7000913240597589999♠5.7×1019 eV ,也就是說,該天文台所調查的 3000 km2 面積之中大約每四週就發生一次這樣的事件。 [1]
有證據顯示,這些最高能量的宇宙射線可能是鐵原子核 ,而不是構成大多數宇宙射線的質子。 [2]
人們推定EECR的(假說性的)發射源稱為捷伐加速器(Zevatron),其命名就如同勞倫斯・柏克萊國家實驗室的貝伐加速器(Bevatron),以及費米實驗室的兆電子伏特加速器(Tevatron)一樣,所以能夠將粒子加速到1 ZeV(1021 eV,皆電子伏特)。基於星系噴流內部的衝擊波可引起粒子的擴散加速,星系噴流在2004年一度被考慮可能就是Zevatron。特別是,模型表明,附近M87星系噴流衝擊波可能將鐵原子核加速到ZeV範圍。 [3] 2007年,皮埃爾・奧格天文台觀測到EECR與附近星系中心的河外超大質量黑洞(叫做活躍星系核)具有關聯性。[4] 然而,隨着持續的觀察,兩者關聯性的強度變得越來越弱。雖然最新的結果顯示這些EECR中似乎只有不到40%來自AGN,其相關性比以前報道的要弱得多,[2]但活躍星系核磁層中加速度的離心機制也可以解釋極高的能量[5] 。 格里布(Grib)和帕夫洛夫(Pavlov)(2007,2008)的提出一個更具推測性的建議,是設想超重暗物質通過潘羅斯過程的衰變 。