强大的OMG粒子威力有多厉害？揭秘OMG粒子

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当你读到这篇文章的时候，你的DNA正被无形的微小子弹分割开来。这被称为宇宙射线，尽管它们不是射线——但这个名字是由于历史上的误解。相反，它们是粒子：主要是电子和质子，但偶尔更重的东西，比如氦，甚至铁原子核。这些宇宙粒子是麻烦的，因为a)它们速度快，所以有很多动能可以四处乱飞b)它们带电。这意味着它们会电离DNA核苷酸，把它们分开，偶尔会导致不可控制的复制错误(又名癌症)。

从遥远的恒星发出伽玛射线暴，如这幅艺术插图所示，可能是超级强大的“OMG粒子”的来源之一，这些粒子偶尔会撞击地球上科学家的探测器。图片：NASA/SkyWorks Digital

博科园-科学科普：似乎这还不够糟糕，每隔一段时间，大约每年每平方公里就有一次，一个粒子以惊人的速度呼啸著进入地球的高层大气，撞到一个倒霉的氮分子或氧分子，然后倾泻而出，产生大量低能量(当然，仍然是致命的)次级粒子。当面对这样的预后电位的粒子时，只有一个适当的响应:“OMG”。“OMG”(OMG)是美国犹他大学(University of Utah)果蝇眼睛宇宙射线探测器于1991年探测到的第一个超高能量宇宙射线。那个质子以接近光速的99.999999999999999999999999951%的速度撞入大气层。所有这些9并不仅仅是为了让数字看起来让人印象深刻——它真的是那么快。这个粒子的动能和一个像样的棒球一样……被压缩成一个质子大小的物体。

这意味着这个粒子的能量是最强大粒子对撞机所能产生能量的1000万倍。自从这个粒子被发现以来，科学家一直在用世界各地的专用望远镜和探测器观察天空中发生的极端事件。总之，在过去的几十年里，已经记录了大约100个omg级粒子。那几十个例子既阐明了它们的起源，也加深了它们的神秘。更多的数据总是好的，但是在宇宙中到底有什么强大到足以给一个质子一个足够好的裂缝，它几乎可以挑战光本身的竞赛？要让带电粒子加速到疯狂的速度，需要两个关键因素:：量的能量和磁场。磁场的作用是将任何能量转移到粒子上(比如，超新星爆炸时的爆炸动能，或者物质坠入黑洞时的旋转引力)。

详细的物理学，自然地，难以置信地复杂而且不是很好理解。宇宙射线的诞生地极其复杂，位于我们宇宙的极端区域，因此很难获得完整的物理图像。但仍然可以做出一些有根据的猜测，比如OMG粒子来自哪里。第一个猜想可能是超新星，大质量恒星的巨大死亡。但能量不够，普通恒星爆炸没有足够的原始能量以这样的速度喷射出粒子。

接下来是什么？活动星系核是有力的竞争者。这些原子核是由于物质围绕位于星系中心的超大质量黑洞旋转而形成；这种物质被压缩和加热，在最后时刻形成吸积盘。这种扭曲的火焰会从发电机的作用中产生强烈的磁场，形成强力的混合物，为喷射出的粒子增加马力。

除了(你知道会有一个“例外”)，活动星系核离地球太远，无法产生到达地球的宇宙射线。以一种超高能量宇宙射线的荒唐速度，在宇宙中巡航更像是试图穿越暴风雪。这是因为在这样的速度下，宇宙微波背景——早期宇宙遗留下来的低能量光子——似乎高度蓝移向更高的能量。因此，这种高强度的光会撞击和撞击正在移动的宇宙射线，减慢并最终阻止它。因此，不应该期望最强的宇宙射线传播距离超过1亿光年左右——而且大多数活跃星系核离我们的距离要远得多。在相当长的一段时间里，OMG一代的主要怀疑对象是Centaurus(人马座a)，它是一个相对较近的活动星系核，位于1000万到1600万光年之外。

强大，磁场和接近-完美的组合。但是尽管一些研究已经暗示宇宙射线可能来自于它的一般方向，但还没有足够清晰的相关性来将那个星系从可疑星系变成确凿证据。部分问题在于，银河系自身的磁场微妙地改变了进来的宇宙射线的轨迹，掩盖了它们最初的方向。因此，为了重建宇宙射线的来源，还需要建立星系磁场强度和方向的模型——目前还没有完全掌握这些模型。如果OMG发生器本身不是半人马座A，那么可能是赛菲尔特星系。赛菲尔特星系是一种星系亚纲，通常更近、更弱(但仍然异常明亮和强大)的活动星系核。但再一次，由于没有100个样本可供提取，很难做出严格的统计判断。

也许是伽马射线暴，被认为是由一些最极端的恒星的特殊大灾变所引起。但对这种情况的物理理解(你能相信吗?)有点粗略。也许是一些更奇特的东西，比如大爆炸早期的拓扑缺陷，或者是暗物质中一些奇怪的相互作用。也许我们的物理学搞错了，距离极限计算也不准确。也许,也许,也许……这些超高能量“OMG”粒子的真正起源很难确定，尽管有近30年的探测历史，目前还没有很多确切的答案。这很好——至少宇宙中还有一些神秘的东西是件好事。

博科园-科学科普｜文：Paul Sutter（俄亥俄州立大学的天体物理学家/COSI科学中心首席科学家）/Live Science

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