银河宇宙线中高能重元素之谜——gcr中痕量重离子是如何加速的

　　科学家们使用了西南研究院领导的磁层多尺度(MMS)任务的数据来解释银河宇宙射线(GCRs)中高能重元素的存在。GCRs是宇宙中最轻、最丰富的元素，由快速运动的高能粒子组成，大部分是被称为质子的氢离子。长期以来，科学家们一直在争论gcr中痕量重离子是如何加速的。

　　垂死恒星的超新星爆发会产生巨大的冲击波，通过周围的空间传播，加速离子到达非常高的能量，产生gcr。重离子如何被激发和加速很重要，因为它们会影响整个宇宙的质量重新分布，并且对于更重、化学性质更复杂的元素的形成至关重要。它们还影响我们如何看待天体物理结构。

　　“人们认为重离子对传入的冲击波不敏感，因为它们的数量较少，而且冲击能量被大量质子消耗掉了。想象站在沙滩上，海浪在你脚下移动沙子，而你保持原地不动。”SwRI 的哈迪·马达尼安博士说，他是发表在《天体物理学杂志快报》上的关于这项研究的论文的主要作者。“关于重离子在冲击条件下如何表现的经典观点，并不总是我们在近地空间环境的高分辨率 MMS 观测中看到的。”

　　近地环境中也会发生冲击现象。太阳的磁场由超音速太阳风流携带穿过行星际空间，它被地球磁层阻碍和转移，地球磁层是我们地球周围的保护气泡。由于其弯曲的形状，这个相互作用区域被称为船首激波，类似于船在水中行驶时发生的船首波。地球的弓形激波形成的尺度比超新星激波小得多。然而，有时，这种小冲击的条件类似于超新星残骸的条件。该团队使用来自 MMS 航天器在弓形激波处的高分辨率原位测量来研究重离子是如何加速的。

　　“我们分析了不同离子种类在遇到弓形激波时的表现。”Madanian 说。“我们发现这些增强的场显著改变了重离子的轨迹，将它们重定向到冲击的加速区。”

　　虽然预计重离子不会发生这种行为，但该团队在 α 粒子中发现了这一过程的直接证据，氦离子的质量是质子的4倍，电荷是质子的2倍。

　　“MMS 观测的卓越分辨率让我们对冲击波如何激发重元素有更清晰的了解。我们将能够利用这种新的理解来改进我们在天体物理冲击下宇宙射线加速的计算机模型。”伦敦玛丽女王大学数学和天文学教授、该论文的合著者大卫伯吉斯说。“新发现对宇宙射线的组成和从天体物理结构中观察到的辐射光谱具有重要意义。”