超高能宇宙射线到底从哪来?困扰了科学家 50 多年的谜底终于有解了!一个国际大型天文团队耗时 12 年，首次找到明确证据，证明轰炸地球的“超高能宇宙射线”是来自银河系之外。
天文学家卡尔·萨根曾说过：“我们 DNA 中的氮、我们牙齿中的钙、我们血液中的铁、我们苹果馅饼中的碳，都是在塌陷的恒星内部制成的。我们都只是宇宙的尘埃。”简单来说，如果有朝一日我们能够理解宇宙射线及起源，就同样可以帮助了解宇宙、星系、甚至是人类自身的根本。
宇宙射线是来自外太空的带电高能次原子粒子，半个世纪以来，科学家们一直未能解读出最强大的射线来自何方。超高能宇宙射线的能量范围可以从 10 9 ~10 20 电子伏特(比 1 亿兆还要高);或者说，比世上最大的人造粒子加速器“大型强子对撞机(LHC)”粉碎质子的能量还要高出 1,000 万倍。
由于没有任何标准的超新星、脉冲星或黑洞能将粒子加速到如此巨大的能量，更没有人可以确定哪些因素会导致粒子变得如此精力充沛，因此科学家被这类射线困扰逾 50 年，其来源和机制一直是高能天体物理学最难解的谜之一。
要辨识超高能宇宙射线来源还有一个大障碍，在于科学家难以弄清其实际存在什么粒子，因为它们在来到地球的途中会和星际物质碰撞产生衍生宇宙线(二次粒子)，然后与地球大气层分子相撞，最后数十亿个分子在空中化成一场基本粒子雨，以近乎光速的速度下降。
▲ 超高能宇宙射线穿透大气层时化成粒子雨。(Source：皮埃尔·奥格天文台)
为了检测宇宙射线，一个由 18 个国家、400 位科学家组成的国际天文团队利用阿根廷的皮埃尔·奥格天文台，耗费 12 年时间收集、观察超过 3 万种最有活力的高能粒子，并在天空中拟绘分布图，果然发现这些粒子虽然在整个天空并不均匀分布，但有很高比例是源自同一方向。
皮埃尔·奥格天文台是目前世上最大的宇宙射线观测台，1,600 个探测箱阵列在阿根廷大草原上一字排开，每个探测箱装着 12 吨的水，总占据 3,000 平方公里，约香港面积的 3 倍。这些探测箱能捕捉带电粒子通过介质水时发射的电磁冲击波(Cherenkov light，切伦科夫光)，研究人员将来自许多探测箱的讯息综合起来，就能找到原始宇宙射线的方向并确定它们来自何方。
如果超高能宇宙射线的来源是银河系，那么路径应该指向银河系中心的超大质量黑洞，然而研究人员发现，超高能量宇宙射线主要来自距离银河系核心方向约 90 度的大面积天空。 至此，科学家终于相信超高能宇宙射线来自银河系外，虽然还是不知道什么会产生这些射线、射线具体到底来自哪些星系，但可以想见的是，将有一堆论文接踵而来。
美国内布拉斯加州-林肯大学物理学家格雷戈里·斯诺(Gregory Snow)说，超高能粒子只能源于“极度暴力”的天体物理现象，这代表银河系之外的某些星系中心存在极令人震撼的超大质量黑洞。合著者荷塞·贝利多(Jose Bellido)则表示，也可能是星系相撞造成的巨大冲击。这项研究发布在《科学》期刊。
Multi-resolution anisotropy studies of ultrahigh-energy cosmic rays detected at the Pierre Auger Observatory
Detecting cosmic rays from a galaxy far, far away
The most energetic cosmic rays pelting Earth are coming from outside our galaxy
From Galaxies Beyond the Milky Way
