研究发现迄今为止最有力的证据证明宇宙射线电子的本地来源

一项利用国际空间站热量电子望远镜(CALET)仪器数据进行的新研究发现了附近年轻的宇宙射线电子源的证据，有助于更好地了解星系作为一个整体的运作方式。

该研究发表在《物理评论快报》杂志上。

该研究包括超过700万个数据点，代表自2015年以来到达CALET探测器的粒子，CALET探测最高能量电子的能力是独一无二的。因此，这些数据比以前的任何工作都包含更多的高能电子。这使得数据的统计分析更加稳健，并为存在一个或多个局部宇宙射线电子源的结论提供了支持。

UMBC空间科学与技术中心的助理研究科学家、该研究的领导者、美国宇航局戈达德太空飞行中心的合作伙伴尼古拉斯·坎纳迪(NicholasCannady)表示：“这是CALET的主要目标之一。”他补充道，通过这篇论文，“我们确实能够进入事件很少的领域，并开始寻找最高能量的事物，这令人兴奋。”

更好地了解银河系

目前的理论认为，超新星(恒星爆炸)的余波，称为超新星遗迹，会产生这些高能电子，这是一种特定类型的宇宙射线。坎纳迪解释说，电子在离开源头后很快就会失去能量，因此以高能量到达CALET的稀有电子被认为起源于相对较近(在宇宙尺度上)的超新星遗迹。

坎纳迪说，这项研究的结果“有力地表明，我们理解这些高能电子的范式——它们来自超新星遗迹，并且它们以我们认为的方式加速——是正确的。”这些发现“让我们深入了解这些超新星遗迹中正在发生的事情，并提供了一种更好地了解星系和星系中这些来源的方法。”

CALET是一个由ShojiTorii领导的日本、意大利和美国团体建立和运营的合作项目。这项工作在日本的主要贡献者是东京早稻田大学的Torii、YosuiAkaike和HolgerMotz，路易斯安那州立大学是美国的主导机构

新数据导致新的宇宙射线源

之前的研究发现，当能量增加到约1太伏(TeV)或1万亿电子伏时，到达CALET的电子数量稳步减少。到达时具有更大能量的电子数量极少。但在这项研究中，CALET并没有看到预期的下降。相反，结果表明，在最高能量下，粒子数量会趋于稳定，然后甚至增加——在少数情况下，最高能量可达10TeV。

之前的实验只能测量高达约4TeV的粒子，因此本研究中高于该值的最高能量候选事件是有关潜在附近宇宙射线电子源的重要新信息来源。Cannady领导了对每个事件进行单独分析的工作，以确认它们代表真实信号，并且即将对这些事件进行更深入的研究。

应对挑战

在高能量下很难区分电子和质子，而且到达的质子比电子多得多，这给精确分析带来了挑战。为了区分这些粒子，研究人员开发的程序分析了粒子撞击探测器时如何分解。

质子和电子的分解方式不同，因此比较它们在该过程中产生的粒子级联可以过滤掉质子。然而，在最高能量下，质子和电子之间的差异减小，使得更难以准确地从数据中仅去除质子。

为了解决这个问题，Cannady领导CALET团队努力模拟来自每个高能事件到达的确切方向的质子和电子的击穿模式。这提高了团队尽可能准确地确定事件是电子还是质子的能力。

基于这项工作，“我们相信我们正在以现实的方式评估事件是质子的可能性，”坎纳迪说。经过仔细分析后，数据集中保留了足够的假定电子，得出存在真实信号的结论。

突破界限

路易斯安那州立大学物理学教授兼美国CALET合作负责人T.GregoryGuzik很兴奋地发现，对数据的进一步分析表明，来自附近超新星遗迹的三个最佳候选者的电子可以解释高能的到来。

古兹克分享道：“这些CALET观测开启了一种诱人的可能性，即可以在地球上测量附近特定超新星遗迹的物质。”“在国际空间站生命周期内持续进行CALET测量将有助于为我们银河系中相对论物质的起源和传输提供新的线索。”

对于坎纳迪来说，“最令人兴奋的部分是在最高能量下看到事物。我们有一些高于10TeV的候选者，如果证实这些是真实的电子事件，那么这确实是附近来源的明确证据，“他说。“这本质上就是CALET要做的事情，因此我们很高兴能够致力于此，并最终取得突破我们之前所见极限的结果。”