科学家将超高能宇宙射线与中子星合并产生的磁流出联系起来

一篇新论文为科学家提供了理解灾难性事件的突破性工具。物理学家格伦尼斯·法拉尔提出了一个可测试的理论，将超高能宇宙射线与中子星合并产生的磁流出联系起来，解释了主要特征并为宇宙研究提供了新的方向。

纽约大学物理学家格伦尼斯·法拉尔的一篇新论文为理解宇宙中最剧烈的事件——两颗中子星合并形成黑洞——提供了一个工具。上图描绘了两颗中子星即将相撞的场景。图片来源：NASA戈达德太空飞行中心。

超高能宇宙射线（UHECR）是宇宙中已知的最高能量粒子，其能量比人造粒子加速器产生的能量高出一百万倍以上。尽管60多年前就已发现，但科学家们至今仍未对其起源提出完全令人满意的解释，也无法涵盖所有观测到的数据。

现在，纽约大学物理学家格伦尼斯·法拉尔提出的新理论为超高能宇宙射线的产生提供了一个令人信服且可测试的模型。

“经过六十年的努力，宇宙中神秘的最高能粒子的起源可能终于被揭开了，”纽约大学物理学教授、朱利叶斯·西尔弗、罗莎琳德·S·西尔弗和伊妮德·西尔弗·温斯洛教授法勒说道。“这一发现为理解宇宙中最剧烈的事件——两颗中子星合并形成黑洞——提供了一个新的工具，而这一过程产生了许多珍贵或奇异的元素，包括金、铂、铀、碘和氙。”

这些图像展示了最近使用新型超级计算机模型模拟的两颗中子星的合并过程。颜色越红，密度越低。绿色和白色的带状线代表磁场。绕轨道运行的中子星通过发射引力波迅速损失能量，并在大约三圈（不到8毫秒）后合并。合并过程增强并扰乱了合并后的磁场。黑洞形成，磁场变得更加有序，最终形成能够支撑喷流的结构，从而驱动短伽马射线暴。图片来源：NASA/AEI/ZIB/M. Koppitz 和 L. Rezzolla。

这项研究发表在《物理评论快报》上，提出超高能宇宙射线在双中子星合并产生的湍流磁流出物中加速，这些湍流磁流出物在最终黑洞形成之前从合并遗迹中喷涌而出。这一过程同时会产生强大的引力波——其中一些已经被 LIGO-Virgo 合作项目的科学家探测到。

法拉尔在《物理评论快报》上发表的论文首次解释了超高能宇宙射线的两个最神秘的特征：超高能宇宙射线的能量与其电荷之间的紧密相关性，以及少数最高能量事件的非凡能量。

Farrar 的分析得出两个结论，可以为未来的工作提供实验验证：

能量最高的超高能宇宙射线源自稀有的“r 过程”元素，例如氙和碲，这促使人们在超高能宇宙射线数据中寻找这样的成分。

源自超高能宇宙射线碰撞的极高能中微子必然伴随母中子星合并产生的引力波。

编译自/ScitechDaily