研究人员在数十年的宇宙谜团中取得了关键突破，他们可能已经确定了超高能宇宙射线的来源。这些宇宙射线是罕见但极其强大的亚原子粒子，它们撞击我们的大气层时，每个粒子都具有快投棒球的能量。发表在《科学》杂志上的一项研究发现，这些射线穿透大气层并非来自四面八方，而是来自附近活跃星系核 (AGN) 的方向，这些明亮的星系核心被研究人员认为是受超大质量黑洞吞噬大量物质所驱动的。
这一发现来自一个由 1,400 多个地面粒子探测器和 20 多个望远镜组成的网络，覆盖了阿根廷西部平原 1,200 平方英里（3,000 平方公里）的区域，面积几乎相当于罗德岛州。皮埃尔·奥杰宇宙射线天文台南台虽然尚未竣工，但已成为首次将 1962 年首次发现的罕见高能宇宙射线轨迹拼接在一起的实验。
“大自然对我们非常慷慨，”巴黎第六大学和第七大学的天体物理学家安托万·莱泰西耶-塞尔文说道，他是近 400 名奥杰合作成员中 160 人数据分析小组的一员。
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宇宙射线是质子或原子核，它们以接近光速的速度在太空中传播。当它们撞击地球大气层时，它们会爆发出较轻的粒子或空气簇射，延伸至 15 平方英里（40 平方公里）。能量最高的宇宙射线具有超过 1020 电子伏特（称为 100 艾可萨电子伏特，或 EeV）的冲击力，这是最大粒子加速器产生的能量的 1 亿倍，大致相当于一个投掷良好的棒球的能量。
“很难理解粒子是如何被加速到如此高的程度的，”莱泰西耶-塞尔文说。研究人员说，只有少数来源是可能的，包括宇宙大爆炸的推测残余物或早期宇宙中巨大的物质失误，以及已知至少存在的 AGN。
使问题复杂化的是，高能宇宙射线撞击地球的平均速率约为每平方公里每世纪一次，因此需要庞大的奥杰天文台，该天文台完工后将包含 1,600 个粒子探测器。（奥杰北台计划设在美国，用于在北半球进行观测。）
从好的方面来说，虽然低能量的宇宙射线在旅途中变得像台球一样混乱，但最高能量的射线却飞得相对笔直且真实。该小组报告说，通过从多个有利位置观察空气簇射，奥杰仪器自 2004 年 1 月以来对近一百万个宇宙射线簇射的飞行路径进行了三角测量。
创纪录的 77 条射线属于高能类型，注册能量为 40 EeV，这是它们开始从宇宙微波背景辐射散射的阈值。其中，能量最高的 27 个（超过 57 EeV）与包含距离地球数亿光年以内的 AGN 的天空部分紧密匹配。
“我们现在确信它们不是在银河系中产生的，”莱泰西耶-塞尔文说。他解释说，确切的来源仍然不确定，因为该团队必须估计带电射线在银河系磁场中的弯曲，随着天文台探测到更多事件，这种情况应该会更加清晰。
斯坦福大学的天体物理学家罗杰·布兰福德说：“这非常暗示这些宇宙射线具有特定的起源”，也就是 AGN，他没有参与合作，他补充说，巨大的自旋黑洞一直是他认为“最不令人难以置信的来源”。
布兰福德说，为了给射线提供能量，AGN 的中心黑洞必须在远离自身的地方产生巨大的电场，否则黑洞周围的光子坩埚会散射宇宙射线并减弱它们的能量。
他补充说，如果不是因为高能宇宙射线，研究人员永远不会猜到黑洞可能具有这种能力。“大自然会做一些我们不知道可能存在的技巧，”他说。“但它正在发生，这太棒了。”他说，奥杰最终应该会明确地确定射线的起源。“他们有能力毫无疑问地回答这些问题。”