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清华李菂团队发现低能宇宙线起源新证据

📅 2026-07-15 来源：科学网 ✍️ 好奇喵 | 晨启10分钟 AI 改写

想象一下，你正站在一片宁静的田野上，头顶是浩瀚的星空。这时，无数看不见的微小粒子正以接近光速的速度穿过你的身体——它们就是宇宙线。科学家们一直在追踪这些“信使”的源头，但有个难题：那些能量较低的宇宙线，到底从哪来？最近，清华大学李菂团队带来了一项新发现，揭开了低能宇宙线起源的冰山一角。宇宙线不是什么神秘的射线，而是一些带电粒子，比如质子、电子。它们像星际旅行者，在宇宙中狂奔。高能宇宙线（能量超高的那种）通常被认为来自超新星爆发等极端事件，但低能宇宙线（能量较低却数量更多）的起源却长期成谜。原因很简单：低能宇宙线很容易被星际物质阻挡，就像弱小的萤火虫被浓雾遮住，很难追踪。这次，科学家们用了一种聪明的方法——中性氢窄线自吸收。等等，名字听起来复杂，其实思路很酷！宇宙中散布着大量的中性氢原子，它们会吸收特定频率的电磁波，就像海绵吸水。当低能宇宙线与氢原子碰撞时，会改变氢原子的状态，从而影响它们吸收光的方式。李菂团队利用这一原理，分析了一颗名为“W44”的超新星遗迹（即恒星爆炸后的残骸）周围的氢原子信号，发现那里存在明显的自吸收特征，而且与低能宇宙线活动的痕迹高度吻合。这是首次直接观测证据，证明超新星遗迹正是低能宇宙线的重要“工厂”。你可能会问：为什么这很重要？首先，宇宙线是连接恒星与行星的“桥梁”。它们不仅影响地球的气候和生命演化，还可能是早期地球生命起源的能量来源之一。其次，了解低能宇宙线的起源，能帮我们完善对宇宙演化的认知。比如，银河系中哪些地方是粒子加速器？恒星“死亡”后留下的遗迹如何继续影响周围空间？这些问题都指向同一个答案：宇宙远比我们想象的更紧密联系。当然，科学探索永远不会止步。这次发现虽然解开了部分谜题，但低能宇宙线是否还有其他来源？它们在不同星系中行为是否一致？科学家们还需要更多观测数据。说不定，未来你也能成为那个提出新问题、设计新方法的少年天文学家呢！

💡 专家观点

国际天文学联合会专家评价：这项研究开创了探测低能宇宙线起源的新窗口，中性氢窄线自吸收方法将成为未来星際介质研究的利器。

📊 关键数据

研究使用的主要望远镜 500米口径球面射电望远镜（FAST）
首次被分析的超新星遗迹名称 W44

🧠 知识点

宇宙线是什么？宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流，主要由质子（氢原子核）和α粒子（氦原子核）等组成，它们以接近光速运动，不断轰击地球大气。1912年由奥地利物理学家赫斯通过气球实验发现。
中性氢窄线自吸收（HINSA）方法中性氢是宇宙中最丰富的元素。当它吸收特定频率的射电波时，会在谱线上形成“吸收谷”。李菂团队原创的HINSA方法，能通过分析吸收线的细微特征，探测低能宇宙线与氢原子的相互作用，就像通过影子反推光源位置。
超新星遗迹与粒子加速超新星是大质量恒星爆炸后的残骸，爆炸产生的冲击波会加速周围粒子，形成高能宇宙线。但低能宇宙线是否也由超新星遗迹产生？新证据表明：是的，超新星遗迹就像粒子加速器的“慢速挡”，持续产生低能粒子。
低能宇宙线为何重要？低能宇宙线虽然能量低，但数量庞大，它们与星际物质相互作用，影响分子云化学和恒星形成。在地球上，低能宇宙线还可能影响天气和生物进化，甚至有人提出它们是生命起源的“催化剂”。
观测证据的首次性以前科学家只能间接推断低能宇宙线的来源，如通过伽马射线或射电辐射。李菂团队用HINSA方法直接“看到”了氢原子吸收特征与低能宇宙线的关联，是国际上首次获得直接证据。
中国天文学的国际贡献这项研究由清华大学主导，联合安徽师范大学、中国科学技术大学等国内单位完成，使用的“500米口径球面射电望远镜（FAST）”是中国自主建造的世界最大单口径射电望远镜。