宇宙射线跟随银河系的旋转.pdf

维普资讯 物理与_丁程 Vo1．17 No．1 2007 宇宙射线跟随银河系的旋转 马尔克 ·杜勒迪 希 Marc．Duldig 清华大学物理 系和清华天体物理 中心楼宇庆教授 供稿 (收稿 日期 高能宇宙射线来 自天空中某个特定的区域 ，并与银河 系中我们所在 的旋臂共同旋转．这些数据或许能够帮助我 们理解我们的银河系如何与太 阳磁场相互作用． 字宙射线是极高能量 的原子核 ，它们 的传播速度接 近光速．它们在银河系 中无处不在 ，是银河系总能量 的重 要组成部分，相当于大尺度磁场和热气体的能量．它们的 组成成分大致反映了银河系中各种元素的 自然丰度 ，主要 是质子 (氢原子核)，还有一些Ct粒子 (氦原子核)和极小部 分重元素．因为是带 电粒子 ，它们在穿过磁场时会发生偏 转 ，而偏转的程度则取决于它们 的动量大小．足够高能量 的宇宙射线粒子被偏转 的程度达到极小，但是这些高能量 粒子的流量实在太小，以至于它们的来源处 已经被证 明是 不可能直接观测到 的．然而 ，在本期 《科学 》杂志 的 439页 ， Amenomori等人…通过用在西藏的一个探测器阵列实验 9 l0 lll2l3 l4 l5 l6l7 l8 l920 结果，报告了对来 自天空中天鹅座区域 的一个宇宙射线超 logEnergy(eV) 额量信号的直接观测．这种超额量或是很高能量 的宇宙 图 1 射线粒子 ，或是极可能与宇宙射线源有关的高能 7射线． 宇宙射线能谱 ：作为粒子能量的函数 的宁宙射线流强分 此外，他们还指出这些非常高能量的宇宙射线气体正和银 布．在低能量处，太阳磁场会强烈影响宇宙射线的传播 ． 河系中的局部旋臂一起旋转 ，而这证实了先前仅就 由于受 在高能量处，偏转最小的宇宙射线本应揭示其来源 的位 到太阳的延伸磁场影响的低能量宇宙射线才能看得到的 置 ，但是强度却远远不够 ，以至于非常难探测． 行为结果． 当我们认真察看如图 1所示的宇宙射线全谱时，就会 来方向的任何信息． 很容易理解设法得到这样观测结果的难度之高．这个谱型 在磁场 中宇宙线的运动是 由一个传输方程来描述 的， 大致是一个幂律形状 ，而这近似的幂律谱 中的一些特征表 该方程考虑 了对流、扩散 、漂移和绝热能量损失(如果磁场 明了宇宙射线来源 的可能变化．低于大约 10 eV时，宇宙 是会聚的)或是增益 (如果磁场是发散 的)．这个方程首先 射线几乎可以肯定是 由来 自超新星的激波产生 的，但是在 是 由ParkerE 给出描述的，在 日球层 的问题 中由其他人 高能量区域 ，谱型变 陡，相对 的元素丰度也发生变化 ，这表 进一步发展 ，如 Forman和 Gleeson_|j．该方程预言低能量 明宇宙射线的产生源 的机制 已经改变．在整个谱 的”脚踝 ” 宇宙射线气体应该随着太阳的磁场运动．该磁场 以27天 处还有进一步的成分变化 ，而观测到的最高能量粒子的起 的周期绕着太 阳旋转 ，这种行为被称为共转．在低能量宇 源 尚不得而知． 宙射线观测 中(5×10 eV)，共转现象 已被观测到了很 在最低能量段 ，宇宙射线粒子 的数 目很大，但却被太 多年 ，它造成 了在这一能量 区域 内最大的长