地球遭未知超高能量宇宙粒子撞击 日本天文学家将其命名为"天照"

地球遭未知超高能量宇宙粒子撞击日本天文学家将其命名为"天照"一种高能粒子从太空落到地球表面--不清楚它来自哪里，甚至不清楚它到底是什么。这听起来像是科幻小说中的情节，但实际上却是科学现实，大阪都立大学研究生院理学研究科和南部阳一郎理论与实验物理研究所副教授藤井俊弘领导的研究就证明了这一点。科学家将探测到来自太空的未知极高能粒子以日本神话命名。望远镜阵列实验的表面探测器阵列观测到的高能宇宙射线"天照粒子"的插图。资料来源：大阪都立大学/L-INSIGHT、京都大学/竹重龙之介宇宙射线是来自银河系和银河系外的高能带电粒子。能量极高的宇宙射线非常罕见，它们的能量可以超过1018电子伏特或1埃电子伏特（EeV），这大约是人类迄今制造的最强大加速器所能达到的能量的一百万倍。艺术家绘制的超高能量宇宙射线天文学图，与受电磁场影响的较弱宇宙射线形成对比，以阐明能量极高的现象。资料来源：大阪都立大学/京都大学/竹重龙之介为了追寻这些来自太空的宇宙射线，藤井教授和一个国际科学家团队从2008年起开始进行望远镜阵列实验。这个专门的宇宙射线探测器由507个闪烁体表面站组成，覆盖了美国犹他州700平方公里的广阔探测区域。2021年5月27日，研究人员探测到了一个能量高达244EeV的粒子。藤井教授说："当我第一次发现这种超高能量宇宙射线时，我以为一定是搞错了，因为它显示出的能量水平在过去30年中是前所未有的。这种能量相当于迄今观测到的能量最高的宇宙射线，被称为"Oh-My-God"粒子，1991年探测到时估计能量为320EeV。"被称为"天照"粒子的高能粒子的记录信号和事件动画。资料来源：大阪都立大学在众多候选粒子名称中，藤井教授及其同事最终选择了"天照"。"天照"是神道教信仰中的太阳女神的名字，她在日本的诞生中发挥了重要作用。天照粒子也许和日本女神本身一样神秘。它从何而来？它到底是什么？这些问题依然存在。希望天照粒子能够为揭示宇宙射线的起源铺平道路。藤井教授喃喃自语道："目前还没有发现与宇宙射线到达方向相匹配的有希望的天体，这表明可能存在标准模型之外的未知天文现象和新的物理起源。今后，我们将继续运行望远镜阵列实验，通过我们正在进行的具有四倍灵敏度的升级实验（被称为TAx4）和下一代天文台，对这种极高能粒子的来源展开更详细的调查"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399415.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399415.htm

基于高能μ介子粒子的革命性技术提供了关于风暴的新视角

基于高能μ介子粒子的革命性技术提供了关于风暴的新视角我们很难错过许多关于发生在全球各地区的严重风暴的新闻报道，这些风暴往往被归咎于气候变化。尽管天气预报和早期预警系统一直都很重要，但目前风暴活动的增加似乎使它们变得尤为重要。由东京大学Muographix的HiroyukiTanaka教授领导的一个科学家小组已经开发出一种新的方法，通过使用在我们头上经常发生的粒子物理学的一个怪癖来识别和分析热带气旋。较红的区域是低压暖空气，绿色区域是高压冷空气。这张图片中的旋风大约有15公里高。一个近似于形状的线图叠加在可视化数据上。"你可能已经看过从上面拍摄的气旋照片，显示出云层的漩涡。但我怀疑你是否曾从侧面看过气旋，也许是作为计算机图形，但从未作为实际捕获的传感器数据，"田中说。"我们为世界提供的就是这样的能力，从三维角度可视化大规模的天气现象，如旋风，而且是实时的。我们使用一种叫做muography的技术来做这件事，你可以认为它就像X射线，但用于看到真正巨大的物体内部。"muography可以产生大型物体的X射线照片，如火山、金字塔、水体，以及首次产生的大气天气系统。闪烁器（Scintillators）是特殊的传感器，它们连接在一起形成一个网格，类似于你的智能手机的相机传感器上的像素。然而，这些闪烁体并不能看到光学光线。它们看到的是μ介子，当来自深空的宇宙射线与原子碰撞时在大气中产生。这些是用于检测弱相互作用的μ介子粒子的传感器。每个闪烁器传感器都非常密集，以最大限度地提高μ介子与之相互作用的机会。这些传感器排列在一个网格中，可以形成μ介子经过的粗略图像，以到达传感器。资料来源：2022年田中弘幸KM公司μ介子是特殊的，因为它们很容易穿过物质，而不像其他类型的粒子那样发生散射。但是，当它们穿过固体、液体、甚至气体物质时，它们的少量偏差可以揭示出它们在大气层和传感器之间的旅程细节。通过捕捉大量穿过某物的μ介子，可以重建它的图像。田中说："我们成功地对一个气旋的垂直剖面进行了成像，这揭示了对了解气旋如何工作至关重要的密度变化。这些图像显示了经过日本西部鹿儿岛县的旋风的横截面。我很惊讶地看到，它有一个低密度的温暖核心，与高压寒冷的外部形成了鲜明的对比。用传统的压力传感器和摄影是绝对没有办法捕捉到这样的数据的"。研究人员使用的探测器有一个90度的视角，但田中设想将类似的传感器结合起来，创建半球形的，因此是全方向的观测站，可以沿着海岸线的长度放置。这些站有可能看到300公里以外的气旋。尽管卫星已经在跟踪这些风暴，但muography提供的额外细节可以改善对即将到来的风暴的预测。田中说："我们现在的下一个步骤之一将是完善这项技术，以便在不同的规模上检测和可视化风暴。这可能意味着不仅可以探测更大的风暴系统，而且可以对更多的当地天气状况进行更好的建模和预测。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333217.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333217.htm

天文学家被神秘的超高能量宇宙射线震惊了 - "这到底是怎么回事？

天文学家被神秘的超高能量宇宙射线震惊了-"这到底是怎么回事？新发现的"天照粒子"仅次于"Oh-My-God粒子"，它加深了人们对稀有超高能量宇宙射线的起源、传播和粒子物理学的神秘感。1991年，犹他大学的"飞眼"实验探测到了有史以来观测到的最高能量宇宙射线。这种宇宙射线后来被称为Oh-My-God粒子，它的能量震惊了天体物理学家。银河系中没有任何东西有能力产生这种粒子，而且这种粒子的能量超过了理论上从其他星系射向地球的宇宙射线的能量。简而言之，这种粒子不应该存在。此后，望远镜阵列观测到了30多条超高能量宇宙射线，但没有一条接近Oh-My-God级别的能量。观测结果还没有揭示它们的起源，也没有揭示它们是如何到达地球的。望远镜阵列实验的表面探测器阵列观测到的极高能宇宙射线（名为"天照粒子"）的插图。资料来源：大阪都立大学/L-INSIGHT、京都大学/竹重龙之介2021年5月27日，望远镜阵列实验探测到了第二高的极高能宇宙射线。这种亚原子粒子的能量为2.4x1020eV，相当于从腰部高度往脚趾上扔一块砖头。在犹他大学和东京大学的领导下，望远镜阵列由507个表面探测器站组成，以正方形网格排列，面积达700平方公里（约270英里），位于犹他州西部沙漠的三角洲外。该事件触发了望远镜阵列西北区域的23个探测器，飞溅范围达48平方公里（18.5英里）。它的到达方向似乎来自本虚空，本虚空是与银河系接壤的一片空旷空间。"这些粒子能量很高，应该不会受到银河系和银河系外磁场的影响。你应该能够在天空中指出它们来自哪里，"美国加州大学望远镜阵列联合发言人、该研究的合著者约翰-马修斯（JohnMatthews）说。"但是，在Oh-My-God粒子和这种新粒子的情况下，你可以追踪其轨迹找到它的源头，但并没有什么高能量足以产生它。这就是其中的奥秘--到底发生了什么？"国际合作研究人员于2023年11月24日在《科学》杂志上发表了他们的观察结果，其中描述了这种超高能量宇宙射线，评估了它的特征，并得出结论：这种罕见现象可能遵循了科学未知的粒子物理学。研究人员以日本神话中的太阳女神命名它为"天照粒子"。研究人员使用不同的观测技术探测到了"Oh-My-God"和"天照"粒子，证实了这些超高能量事件虽然罕见，但却是真实存在的。艺术家绘制的超高能量宇宙线天文学插图，与受电磁场影响的较弱宇宙线形成对比，以阐明能量极高的现象。资料来源：大阪都立大学/京都大学/竹重龙之介"这些事件似乎来自天空中完全不同的地方。这不像是有一个神秘的源头，"该研究的合著者、京都大学教授约翰-贝尔茨（JohnBelz）说。"这可能是时空结构的缺陷，也可能是宇宙弦的碰撞。我的意思是，我只是吐槽人们提出的疯狂想法，因为没有常规的解释。"宇宙射线是剧烈天体事件的回声，这些天体事件将物质剥离成亚原子结构，并以接近光速的速度将其抛向宇宙。从本质上讲，宇宙射线是由正质子、负电子或整个原子核组成的能量范围广泛的带电粒子，它们在太空中穿梭，几乎无时无刻不在向地球倾泻。宇宙射线撞击地球的高层大气，炸开氧气和氮气的原子核，产生许多次级粒子。这些粒子在大气层中飞行很短的距离，然后重复这一过程，形成由数十亿次级粒子组成的阵雨，散落到地表。这种二次粒子雨的足迹非常大，需要探测器覆盖与望远镜阵列一样大的区域。表面探测器利用一套仪器为研究人员提供每条宇宙射线的信息；信号的时间显示了其轨迹，撞击每个探测器的带电粒子的数量显示了主粒子的能量。由于粒子带有电荷，它们的飞行轨迹就像弹球机中的小球，在宇宙微波背景的电磁场中"之"字形飞行。要追踪大多数宇宙射线的轨迹几乎是不可能的，因为它们处于能量谱的中低端。即使是高能宇宙射线也会被微波背景扭曲。具有Oh-My-God和天照能量的粒子在星际空间爆炸时相对不会弯曲。只有最强大的天体事件才能产生它们。"人们认为能量很高的东西，比如超新星，能量远远不够。"马修斯说："需要巨大的能量、非常高的磁场来限制粒子，同时让它加速。"超高能量宇宙射线必须超过5x1019eV。这意味着单个亚原子粒子所携带的动能与大联盟投手的快球相同，其能量是任何人造粒子加速器所能达到的能量的数千万倍。天体物理学家计算出的这一理论极限被称为格莱森-扎策平-库兹明（GZK）分界线，是质子在微波背景辐射的相互作用带走其能量之前能够保持的最大远距离能量。已知的候选源，如活动星系核或黑洞吸积盘发射的粒子射流，往往距离地球超过1.6亿光年。新粒子的2.4x1020eV和Oh-My-God粒子的3.2x1020eV很容易就超过了这个值。研究人员还分析了宇宙射线的成分，以寻找其起源的线索。与由氢原子质子组成的较轻粒子相比，铁核等较重粒子更重，电荷更多，在磁场中更容易弯曲。这种新粒子很可能是质子。粒子物理学认为，能量超过GZK临界点的宇宙射线太强大了，微波背景无法扭曲它的轨迹，但回溯它的轨迹却指向了虚空。贝尔茨说："也许磁场比我们想象的要强大，但这与其他观测结果不符，其他观测结果表明磁场不够强大，不足以在这些10到20电子伏的能量下产生明显的曲率。这是一个难解的谜团。"望远镜阵列在探测超高能量宇宙射线方面具有得天独厚的优势。它位于约1200米（4000英尺）的海拔高度上，这个海拔高度是二级粒子最大发展的甜蜜点，但在它们开始衰变之前。它位于犹他州的西部沙漠，在两个方面提供了理想的大气条件：干燥的空气至关重要，因为湿度会吸收探测所需的紫外线；该地区的黑暗天空也至关重要，因为光污染会产生太多噪音，遮蔽宇宙射线。天体物理学家仍然对这一神秘现象感到困惑。望远镜阵列正在进行扩建，他们希望这将有助于破案。一旦完成，500个新的闪烁探测器将扩大望远镜阵列的范围，对2900平方公里（1100平方英里）的宇宙射线诱发的粒子阵列进行采样，这个面积几乎相当于罗得岛州的面积。更大的覆盖范围有望捕捉到更多的事件，从而揭示发生了什么。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399751.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399751.htm

地震预测新突破：科学家发现地震与宇宙射线相关

地震预测新突破：科学家发现地震与宇宙射线相关地震发生与宇宙射线存在显著相关性，由波兰、乌克兰、意大利、以色列、西班牙、俄罗斯科学家组成的团队发现。地球上次级宇宙射线流量的平均变化与全球地震活动存在相关性，并且宇宙射线变化比地震活动早两周。这种相关性具有周期性，与太阳活动周期相似。地球内部的质量运动改变了磁场和引力场，磁场的变化快速传播到大气层，引力场的变化是地震的原因。该研究还处于初级阶段，机制尚不清楚。然而，这是一个有希望的新方向，可能为地震预测提供可靠的方法。预测范围和具体地区尚不确定。参考文献：消息来源：投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN

等离子体显示出的不稳定性彻底改变了学界对宇宙射线的认识

等离子体显示出的不稳定性彻底改变了学界对宇宙射线的认识波茨坦莱布尼兹天体物理研究所（AIP）的科学家们发现了一种新的等离子体不稳定性，有望彻底改变我们对宇宙射线起源及其对星系动态影响的认识。上世纪初，维克多-赫斯发现了一种名为宇宙射线的新现象，并因此获得了诺贝尔奖。他进行了高空气球飞行，发现地球大气层并没有被地面的放射性电离。相反，他证实了电离的起源是地外的。随后，人们确定宇宙"射线"是由来自外太空以接近光速飞行的带电粒子组成，而不是辐射。不过，"宇宙射线"这一名称在这些发现之后才被使用。在这项新研究中，AIP的科学家、本研究的主要作者MohamadShalaby博士及其合作者进行了数值模拟，跟踪许多宇宙射线粒子的轨迹，研究这些粒子如何与周围由电子和质子组成的等离子体相互作用。模拟宇宙射线逆流撞击背景等离子体并激发等离子体不稳定性。图中显示的是对宇宙射线流做出反应的背景粒子在相空间中的分布，相空间由粒子位置（横轴）和速度（纵轴）跨度构成。颜色直观地显示了粒子的数量密度，而相空间空洞则体现了不稳定性的高度动态性，它将有序运动消散为随机运动。资料来源：Shalaby/AIP当研究人员对从模拟的一侧飞向另一侧的宇宙射线进行研究时，他们发现了一种在背景等离子体中激发电磁波的新现象。这些波对宇宙射线施加了一种力，从而改变了它们的缠绕路径。将宇宙射线理解为集体现象最重要的是，如果我们不把宇宙射线看作是单独的粒子，而是看作是支持一种集体电磁波，就能最好地理解这种新现象。当这种电磁波与背景中的基波相互作用时，这些基波会被强烈放大，并发生能量转移。AIP宇宙学与高能天体物理学部主任克里斯托夫-普夫罗默（ChristophPfrommer）教授说："这一洞察力使我们能够将宇宙射线视为辐射，而不是单个粒子。"质子（虚线）和电子（实线）的动量分布。图中显示的是电子在运动较慢的冲击波中出现的高能量尾部。这是与新发现的等离子体不稳定性（红色）产生的电磁波相互作用的结果，而在速度较快的冲击波（黑色）中则没有这种电磁波。由于只有高能电子才会产生可观测到的射电辐射，这表明了解加速过程的物理学原理非常重要。资料来源：Shalaby/AIP"对于这种行为，一个很好的比喻是单个水分子共同形成的波浪冲向海岸。"MohamadShalaby博士解释说："只有考虑到以前被忽视的较小尺度，并质疑在研究等离子体过程时使用有效流体力学理论，才能取得这一进展。"影响和应用这种新发现的等离子体不稳定性有很多应用，包括首次解释了热星际等离子体中的电子如何在超新星残骸中被加速到高能量。穆罕默德-沙拉比（MohamadShalaby）报告说："这一新发现的等离子体不稳定性是我们对加速过程理解的重大飞跃，并最终解释了为什么这些超新星残骸在射电和伽马射线中闪闪发光。"此外，这一突破性发现为我们更深入地了解宇宙射线在星系中传输的基本过程打开了大门，而这正是我们了解星系在宇宙演化过程中形成过程的最大谜团。参考文献《解密中间尺度不稳定性的物理基础》，作者：MohamadShalaby、TimonThomas、ChristophPfrommer、RouvenLemmerz和VirginiaBresci，2023年12月12日，《等离子体物理学杂志》。doi:10.1017/s0022377823001289"MohamadShalaby、RouvenLemmerz、TimonThomas、ChristophPfrommer合著的《平行非相对论冲击下电子高效加速的机制》，2022年5月4日，《天体物理学》（Astrophysics）>《高能天体物理现象》（HighEnergyAstrophysicalPhenomena）。arXiv:2202.05288《新的宇宙射线驱动不稳定性》，作者：MohamadShalaby、TimonThomas和ChristophPfrommer，2021年2月24日，《天体物理学报》。DOI:10.3847/1538-4357/abd02d编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404869.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404869.htm

新的天文研究提高了宇宙膨胀参数的精确度

新的天文研究提高了宇宙膨胀参数的精确度本研究的概念图。来自超新星（右下插图）、类星体（左中插图）和伽马射线暴（中上插图）的信号到达银河系（背景）中的地球，我们可以用它们来测量宇宙学参数。图片来源：NAOJ就像蜡烛越远越暗一样，尽管蜡烛本身没有变化，但宇宙中遥远的天体看起来却越来越暗。如果我们知道一个天体的固有（初始）亮度，就可以根据观测到的亮度计算出它的距离。宇宙中已知亮度的天体可以让我们计算出距离，这些天体被称为"标准烛光"。在日本国立天文台助理教授、计算天体物理学中心成员岩崎和成（KazunariIwasaki）管理的日本国立天文台超级计算设施的帮助下，利用各种新的统计方法分析超新星、类星体（在遥远宇宙中吞噬物质的强大黑洞）和伽马射线暴（突然闪现的强大辐射）等各种标准烛光的数据，开创了一个新的研究领域。不同的标准烛光对不同的遥远范围有用，因此将多个标准烛光结合起来，研究小组就能绘制出更大范围的宇宙地图。新结果将关键参数的不确定性降低了35%。更精确的参数将有助于确定宇宙是将永远继续膨胀，还是最终会自我倒退。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390935.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390935.htm