你见过烟花在繁星中绽放吗？在银河系的夜空中，每100年将上演一次烟花表演--超新星爆炸。这一罕见的天体现象预示着恒星生命的最后辉煌。即使这一盛会最终会平静下来，超新星遗迹中也已经出现了一波巨浪；“风浪”– - -银河系将遭遇一场高能粒子流的暴雨
宇宙线是一股来自太空的高能带电粒子流，主要由质子组成。观测表明，银河系中物体产生的宇宙射线能量至少可以达到1pev(1PeV=1015eV)但宇宙射线起源的谜团尚未解开。超新星遗迹被认为是银河系宇宙射线的主要来源。特别是，年轻的超新星遗迹被认为有能力加速PEV宇宙线，但没有强有力的观测证据
1912年，奥地利物理学家维克托*赫斯通过气球实验发现了宇宙射线，这为他赢得了1936年的诺贝尔物理学奖。宇宙线的发现已经有100多年了。它的起源和加速机制仍然是个未解之谜。由于宇宙线是带电的高能粒子，它们的运动方向在传播过程中受到星际磁场的影响而发生偏转。因此，不可能通过它们到达地球的方向来反转它们的原点方向，从而确定加速度源是什么样的天体
你可曾目睹浩瀚星辰绽放烟花？银河系将迎来高能粒子流疾风骤雨
𞓜 图1 图1超新星遗迹（SNR）g106.3+2.7三维结构图。左图显示，一颗大质量恒星在死亡时会产生一颗超新星，并将大量物质（锡喷出物）抛向周围。信噪比是这些材料与周围介质碰撞的产物。SNR的前身恒星坍缩成脉冲星（pulsar； 黄色恒星）。因此，假设超新星的爆炸中心在脉冲星附近。观测表明，在信噪比头部附近存在致密的原子气（hi 云），因此膨胀受阻。信噪比尾气稀薄，信噪比扩展速度较快。SNR扩展方向的前端是喷射物质与周围介质碰撞产生的冲击波。被冲击波扫过的粒子在冲击面上加速。高速冲击波的长期持续加速可以将宇宙线质子（P）加速到PEV能量。在逃离SNR后，这些超高能质子轰击尾部附近的致密分子云（h2 云）以产生伽马光子辐射（γ）绿色箭头表示在地球上观察到的视线方向（LOS）。右上：观测到的信噪比在天球上的投影（实际观测图像如图2所示）。右下图为投影效果示意图。我们观察到的信噪比是天空中三维信噪比结构的二维投影图像
从地球上测得的宇宙线总能谱（宇宙线粒子数随能量的分布）可以发现，银河系中存在至少可以将粒子加速到PEV（1015ev）的物体。超新星遗迹（SNR）是起源于宇宙射线的炽热天体。它们是恒星死亡的产物。一些恒星以明亮的超新星爆炸结束生命。超新星爆炸后产生的爆炸波（也称冲击波）可以将周围星际介质中的粒子加速到极高的能量。这些粒子产生的辐射被称为超新星遗迹。SNR的粒子加速能力与冲击波的速度密切相关。X射线同步辐射是高速冲击波的重要标志。然而，由于周围星际介质的阻挡，SNR的激波速度在膨胀过程中会逐渐降低。因此，一般认为，信噪比只有在最初数百年的扩展中才具有较高的粒子加速能力。宇宙射线的最大能量也受到加速时间的限制。数百年可能不足以将粒子加速到PEV
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𞓜 图2 图2 超新星遗迹周围的气体分布（SNR）。绿色轮廓是在SNR无线电波段中观察到的形式。蓝色图像是氢原子的图像。超新星爆发后，信噪比主要向氢原子的薄腔扩展（即当前信噪比尾的方向）。信噪比磁头被稠密的氢原子包围，因此信噪比磁头的膨胀受阻并减慢。红色图像是密度更大的分子气体图像。它在信噪比附近，一部分就在信噪比尾部附近。当高能质子被SNR加速并逃逸时，这些高能质子像子弹一样轰击这种分子气体，产生高能光子辐射。这部分辐射是由图
中标记的各种伽马射线望远镜（不同颜色的圆圈）探测到的。最近，我们发现了一个特殊的形状，显示了一条长的信噪比带（根据其在银河系中的位置命名为信噪比 G106.3+2.7）中也有X射线同步辐射。学者们根据其形状将其分为两部分。明亮而紧凑的东部地区称为头部，暗淡而延伸的西部地区称为尾部（图1）。这种信噪比的不对称形状可能是由于特殊的周围环境造成的：观测表明，信噪比头部周围的密度较高，因此扩张障碍物的速度降低；信噪比尾部位于低密度星际介质中；“作废”；所以它在方向上迅速扩展（图2）。在这颗SNR的头部有一颗明亮的脉冲星，它可能是在超新星爆炸的同时恒星坍塌形成的。因此，根据脉冲星的特征年龄，一些科学家计算出其信噪比年龄约为数千至10000年，已进入中年。X射线形态显示（图3），头部区域的X射线辐射可能与脉冲星有关，而尾部区域的X射线是由SNR加速的电子产生的同步辐射。这表明SNR尾部有一个速度超过3000km/s的冲击波，可以在数千年内将质子加速到PEV。值得一提的是，这是首次发现中年信噪比产生X射线同步辐射，这显示出其特殊性
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图3 图3 超新星遗迹（SNR）X射线带不同方向的表面亮度分布：上图中，从SNR脉冲星云（称为回飞棒），到SNR头部，再到SNR尾部，X射线带的表面亮度和光谱指数以不同的方式变化，表明这三个区域的X射线来源不同。下图显示了从SNR尾部到周围ism背景的表面亮度变化。研究发现，信噪比的内部X射线辐射比周围背景要亮。证明了在信噪比中存在一个激波，加速粒子产生X射线辐射；另一方面，伽马射线的观测也表明，信噪比g106.3+在2.7区域具有极高能量的粒子被加速，但无法区分这些粒子是电子还是质子。因为有两种主要的伽马射线产生机制：高能质子轰击致密气体（伽马射线强子起源）和高能电子散射背景光子产生（伽马射线轻子起源）。高能电子也通过磁场中的同步辐射产生x射线，因此x射线是区分γ射线轻子和强子起源的关键。通过拟合snr g106.3+2.7 X射线和γ射线波段的能谱，证明>30tev（1tev= 1012ev）的伽马射线需要由质子产生（图4）。此外，在SNR的尾部方向有致密的分子气体（图1和图2），这为产生高能伽马射线提供了条件你可曾目睹浩瀚星辰绽放烟花？银河系将迎来高能粒子流疾风骤雨
𞓜 图4 图4 超新星遗迹尾部多波段能谱数据的理论拟合。蓝色虚线和虚线代表电子通过不同辐射机制产生的辐射通量；红色虚线和虚线代表质子通过不同机制产生的辐射通量；黑色粗线是所有辐射的总和；绿色实线是质子辐射伽马射线时产生的中微子通量。由于磁场是一个不确定参数，此处显示了两种不同磁场强度下的模型预测。可以看出，无论何种磁场，电子的辐射都符合射电定律(CGPS)和X射线(XMM公司)在数据的前提下，电子辐射不能解释1013ev以上的数据。因此，高能质子的存在是解释多波段数据的必要条件
根据观测数据和各方面的理论预期，可以认为snr g106.3+2.7的尾部可能是PEV质子宇宙线的来源。与普通中年信噪比相比，g106.3+2.7由于其环境的特殊性，保持高速冲击波，因此具有较强的加速能力。与高速冲击波的年轻信噪比相比，g106.3+2.7中的粒子被冲击波加速的时间更长，因此更有可能产生PEV宇宙线
总结并展望这项工作，它揭示了特殊的中年超新星遗迹的存在，突破了宇宙线超新星遗迹起源理论的标准框架，并为银河系中PEV宇宙线的起源提供了新的线索。也许银河系中还有其他类似的超新星遗迹。多波段观测对于发现更多类似的超新星遗迹非常重要。随着多波段观测技术和设备的不断升级，相信在不久的将来，人类将揭开宇宙线起源之谜。