“宇宙信使”送信来

赵君鹏

1912年的一天，奥地利科学家维克托·赫斯携带着一个电离室乘热气球升空。他原计划是进行测定空气电离度的实验，结果发现电离室中的电流随着海拔的升高而变大。他认为，这表明外太空的辐射渗透到了地球大气层，一种穿透力极强的天外射线导致了电流变化。后来， 有人将这种射线命名为“宇宙射线”，又称“宇宙线”。维克托·赫斯因为发现和研究宇宙射线而获得了1936年的诺贝尔物理学奖。

宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流，是来自外太空的唯一物质样本，有人形象地称其为“宇宙陨石”。它的能量大大超过了宇宙中的普通粒子，也远超人类研制的最高能量对撞机所能产生的粒子。

虽然， 对宇宙线的研究已经进行了一百多年，但是还有许多未解之谜，比如宇宙线来自何方。有科学家认为，宇宙线是宇宙大爆炸之后的几秒钟内所产生的，也有科学家认为，宇宙线是从黑洞中逃逸出来的。但这些都只是猜测，缺乏有效的理论和观测数据支持。

为何人类如此关注宇宙线的来源呢？借用唐朝诗人王维的诗句来说，就是“君自故乡来，应知故乡事”。宇宙线可能携带着宇宙中重要的信息，比如宇宙起源、天体演化、太阳活动、地球空间环境等，因此科学家称其为“ 宇宙信使”。如果能找到其来源，以及知晓它形成的过程，就有可能颠覆相对论等物理学理论，重建人类现有的知识体系，让人类重新认识宇宙。

但是，研究宇宙线的来源难度较大。原因有二：其一，“捕获”宇宙线很难;其二，宇宙线在旅途中改变了路线。

自从发现宇宙线以来，科学家就迫切地希望“捕获”它，为此运用了许多方法——在大气层外用粒子探测卫星、在青藏高原羊八井建设观测站、在南极冰层下2400米处安装巨型中微子望远镜等，但是收效甚微，因为宇宙线的数量和能量成反比。也就是说，宇宙线能量越高，代表着宇宙活动越剧烈， 但其数量就越稀少，“捕获”难度越大。

宇宙线大多是带电的高能粒子，而宇宙中星际磁场比比皆是。受磁场的影响，宇宙线在飞行时会不断改变方向，所以即使这些高能粒子被科学家“捕获”，也很难推测出它们“乡关何处”。但是也有例外，比如宇宙线中的伽马射线和中微子，不受星际磁场的影响，科学家可以解读其来源信息。

最近，中国的高海拔宇宙线观测站就观测到了超高能伽马射线。这个探测站位于四川省稻城县的海子山，是国家重大科技基础设施，担负着探索高能宇宙线起源、分析相关信息、研究高能天體演化和暗物质的使命。2020年11月，中国科学家利用该观测站已经建成二分之一规模的探测装置，在银河系内发现大量超高能宇宙加速器，并记录到最高1400万亿电子伏特的伽马光子，这是迄今为止人类观测到的最高能量光子。这个发现表明：以天鹅座恒星形成区、蟹状星云等为代表的非热辐射天体，是银河系超高能宇宙线起源的最佳候选天体。这个发现不但能让人类重新认识银河系，有助于揭开宇宙线起源的谜底，而且标志着天文学研究将进入“超高能伽马天文学”时代。

“儿童相见不相识，笑问客从何处来”，面对“天外来客”，人类犹如热情又好奇的儿童。这些“宇宙信使”所带来的消息有何玄机？相信随着研究的不断深入，科学家们将逐一破解。