超新星殘骸中暗藏宇宙最強粒子加速器？

天文學家最近觀測到一個近乎完美的球狀超新星殘骸，這種罕見現象可能是因為周圍缺乏緻密的星際物質。但這只是特例，多數情況下，超新星爆發時噴射出的高速物質會猛烈撞擊周圍的星際介質，而這正是宇宙魔法可能發生的地方。

超新星是宇宙中最劇烈的爆炸事件之一。某些超新星甚至能產生強大的伽瑪射線暴，在短時間內讓整個宇宙的伽瑪射線相形失色。這些爆炸威力如此驚人，可能形成中子星、黑洞等極端緻密天體，甚至讓最大質量的恆星完全灰飛煙滅。長期以來，科學家認為這些事件也能將宇宙射線加速到極高能量，但對超新星殘骸的觀測始終未能證實這一點。

最新研究提出一個突破性觀點：或許不是所有超新星都能產生超高能宇宙射線，只有特定型別的超新星才具備這種能力。研究團隊透過電腦模擬發現，某些超新星確實可能成為天然的粒子加速器，能將宇宙射線加速到PeV（拍電子伏特）量級的能量——這比大型強子對撞機（LHC）的最高能量還要高出至少100倍。

關鍵在於恆星爆炸前必須先拋射出大量物質，這種現象在許多型別的超新星中都很常見。演化到晚期的恆星體積龐大，其外層物質受到的引力束縛較弱。但這些物質又不能擴散得太遠，因為保持足夠的密度是粒子加速過程的必要條件。

當恆星最終爆炸時，噴發的物質會猛烈撞擊這層緻密的預先拋射物質。這種碰撞會產生強烈的衝擊波，使磁場強度飆升至極高能量，從而加速粒子。粒子之間還會相互碰撞，進一步提升能量，最終以驚人速度逃離超新星殘骸。

隨著時間推移，超新星殘骸會持續擴張，整個系統的能量逐漸降低，產生的宇宙射線能量也會減弱。要捕捉到這種超高能宇宙射線並確認其來源，必須找到近期爆發且距離較近的超新星。可惜人類已有很長時間沒遇到這樣的「近距離」超新星事件，這也讓超高能宇宙微中子等極端宇宙事件的起源至今仍是未解之謎。

這項突破性研究已獲《天文與天體物理學》期刊接受發表，相關論文現可於arXiv預印本平臺查閱。