“恒星不仅通过光辐射照亮银河,其形成过程中的激波和高能活动还能够产生低能宇宙线。”7月17日,清华大学联合安徽师范大学、中国科学技术大学等机构在《天体物理学快报》上发表的一项研究中,利用“中国天眼”FAST的观测,首次在分子云尺度上证实了这一新“照亮”方式——他们找到了低能宇宙线起源于恒星形成区的关键证据。
宇宙线起源是一个困扰天体物理界百余年的重大问题。其中,低能宇宙线对星际介质化学演化和恒星形成过程有决定性影响,但其起源长期悬而未决。一个关键障碍是,太阳风形成的日球层磁场和等离子体环境会屏蔽来自太阳系外部的低能宇宙线,使地球附近难以直接测量银河系里的低能宇宙线分布。这就好比身处浓雾之中,却要看清雾的来源。
研究团队没有直接探测低能宇宙线本身,而是利用FAST极高的灵敏度去观测猎户座分子云中的原子氢。分子云是恒星的摇篮,原子氢是宇宙中最丰富的元素。当低能宇宙线穿过分子云时,会电离沿途的氢原子,导致观测到的原子氢谱线展宽。通过分析这种展宽效应,便可反推低能宇宙线的强度分布。团队以自主原创方法,首次在分子云尺度上建立起低能宇宙线产生与恒星形成活动之间的直接联系。
观测显示,低能宇宙线的分布热点与猎户座中的恒星形成区高度吻合,意味着恒星形成过程中的激波和高能活动确实在加速粒子、产生大量低能宇宙线。这些低能宇宙线随后向周围星际介质注入能量,驱动化学演化,构成了恒星“照亮”银河系的另一种重要方式。
这项发现不仅为理解低能宇宙线的产生和传播机制提供了全新观测证据,更开辟了利用原子氢观测研究银河系大尺度低能宇宙线分布的全新路径。随着FAST巡天数据的积累,科学家有望绘制出银河系低能宇宙线的全景图,进一步解答宇宙线起源的谜题。
作为世界上最大的单口径射电望远镜,“中国天眼”再次彰显了其在前沿天文基础研究中的核心优势。从脉冲星到快速射电暴,再到揭开低能宇宙线的面纱,FAST正不断拓展人类认知宇宙的边界。
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