附近的超新星令人惊讶地缺乏宇宙射线，这对理论提出了质疑

检验宇宙射线起源想法的绝佳机会最终让科学家们重新开始。

旋臂中带有超新星 SN 2023ixf 的风车星系。

图片来源：Fred Lawrence Whipple 天文台/Hiramatsu 等人。 2023/塞巴斯蒂安·戈麦斯 (STScI)

超新星 SN 2023ixf 去年爆炸时为天文学家提供了一个不寻常的机会。不幸的是，它加深了而不是解决了解释宇宙射线的问题。这也让人们对超新星模型产生了怀疑，但是，嘿，如果我们拥有所有答案，我们就不需要科学家了。

现在，我们每年探测到数千颗超新星，但其中大多数距离数十亿光年，限制了我们对它们的个体了解程度。相比之下，SN 2023ixf 距离我们 2100 万光年，就在天块周围。 

这让业余爱好者有机会收集超新星及其宿主星系风车的一些令人惊叹的图像。对于专业天文学家来说，这是自 2008 年费米太空望远镜发射以来研究超新星伽马射线产生的最佳机会。

里雅斯特大学的吉列姆·马蒂-德维萨博士在一份声明中表示：“天体物理学家此前估计，超新星将其总能量的约 10% 转化为宇宙射线加速。” “但我们从未直接观察到这个过程。 ”

宇宙射线是带电粒子（主要是质子），由于某种天文事件而被加速到接近光速。它们不断地轰击地球，并对大气产生重要影响，例如产生我们用来测量文物年龄的碳14。然而，当天文学家说它们是由天文事件产生时，他们是在没有明显的替代解释的基础上做出假设。我们不知道是什么事件产生了它们以及产生的数量。

看起来这应该很容易测试——等到我们发现戏剧性的事情发生并随后寻找光线。然而，这有两个问题。首先，延迟可能相当长。即使某个物体以 99.9% 的光速行进，如果距离足够大，它也可能会滞后同时释放的光子数千年。其次，磁场（包括地球的磁场）会弯曲传入带电粒子的路径，因此我们无法准确识别它们来自的方向。

幸运的是，宇宙射线在穿过完全真空以外的物体时会产生伽马射线。一旦形成，伽马射线就不会因为磁场（或者除了非常大的质量的引力之外的其他因素）而偏离。宇宙射线爆发与超新星周围的气体云相遇，应该会产生伽马射线，其来源可以追踪。因此，SN 2023ixf 提供了一个绝佳的机会来了解我们可以找到多少相关的伽马射线。 

答案是否定的，至少没有任何明显高于背景的东西。 “费米是轨道上最灵敏的伽马射线望远镜，因此当它没有检测到预期信号时，科学家必须解释这种情况的缺失。解决这个谜团将为宇宙射线起源建立更准确的图像，”美国宇航局戈法德太空飞行中心的伊丽莎白·海斯博士说。

“根据 SN 2023ixf 的新观测结果，我们的计算结果表明，爆炸后几天内能量转化率低至 1%。这并不排除超新星作为宇宙射线工厂，但这确实意味着我们对它们的生产有更多了解，”马蒂-德维萨补充道。

超新星有不同类型，因此仅仅因为超新星似乎没有产生大量宇宙射线，并不意味着没有产生大量宇宙射线。为了测试这一点，我们需要更多附近的超新星，所以上周在几乎相同的距离发现了一颗超新星就好了。作者还在考虑 2023ixf 确实产生了大量宇宙射线的可能性，但它们以及由此产生的伽马射线却远离了我们。在这种情况下，更多的学习科目也可能会很方便。

然而，研究结果仍然令人困惑。超新星（Ia 型除外）涉及巨星塌缩然后反弹，产生冲击波，该冲击波应该驱动其之前的粒子产生宇宙射线。如果 2023ixf 没有创造很多，那需要一些解释。

此外，十多年前，费米观测证明数千年前的超新星遗迹仍在向我们发射宇宙射线，然后当宇宙射线穿过爆炸前抛出的附近物质时会产生伽马射线。

然而，这些残余物的产生速度并不能解释我们看到的所有宇宙射线——要么大多数是在爆炸本身中释放的，要么还有其他来源。超新星能量的 10% 转化为宇宙射线，这可以很好地解释我们在考虑到残余物产生的能量后所看到的数量和光谱。如果这个数字是 1%，那么大部分都下落不明。这就是为什么费米未能检测到 2023ixf 中的任何粒子，引发的问题多于它给出的答案。

该研究将发表在《天文学和天体物理学》上。