大约100年前，天文学家开始意识到有些辐射不是来自银河系内，并最终带来了高能宇宙射线、高能质子、从原子核中剥离并被加速至相对论速度的电子等新发现。随着观测技术进步，科学家开始推测高能宇宙射线可能来自超新星残骸，现在一篇新研究首次量化了超新星残骸产生宇宙射线的数量，朝着准确定位宇宙射线来源迈出重要一步。
虽然科学家们推测宇宙射线有多种来源──包括我们自己的太阳、超新星、伽马射线暴（GRB）、活跃星系核等，但确切起源自1912年首次被发现以来一直是个谜。大多数宇宙射线由约89%质子、10%氦原子核（即α粒子）与1%重元素构成，有些能量可以超过10^20 eV，远超地球最强大人造粒子加速器“大型强子对撞机（LHC）”粉碎质子的能量千万倍。
无论是标准的超新星、脉冲星还是黑洞，都不太能将粒子加速到拥有如此巨大的能量，因此天文学家对其来源和机制始终相当困惑，但当宇宙射线穿越我们的银河系时，会与星际介质相互作用衍生（二次）宇宙线，因此，了解它们的起源对于了解银河系如何演化至关重要。
过去，科学家推测过宇宙射线多种来源，其中最有把握者为超新星残骸（supernova remnant，SNR），因为宇宙射线在行进过程中会与星际介质相互作用，进一步产生非常高能的伽马射线，如果伽马射线是由宇宙射线的关键成分质子产生，那么宇宙射线的超新星残骸起源就更可以得到证实。
超新星残骸是超新星爆发抛出的物质在向外膨胀过程中，与星际介质相互作用而形成的延展天体，根据形态可分成壳层型（中央没有致密天体的辐射源）、实心型（没有壳层结构，中央具有致密天体提供能量）、复合型（既具有提供能量的中央致密天体，也有壳层结构）等。
然而高能伽马射线也可由电子与星际介质中的光子相互作用而形成，此前研究曾表明，由宇宙射线质子与星际介质中质子碰撞所引起的高能伽马射线，强度与星际气体密度成正比；由电子与星际介质光子相互作用引起之伽马射线，则预计与非热X射线强度成正比。
宇宙射线质子和电子产生伽马射线示意图。 （Source：名古屋大学）
来自日本名古屋大学、日本国家天文台与澳洲阿得雷德大学的科学家们，便利用高能立体视野望远镜（High Energy Stereoscopic System，HESS）、XMM-牛顿卫星（XMM-Newton）的数据分析超新星残骸RX J1713.7（RX J1713），首次确定宇宙射线释放的超高能伽马射线中，至少有70%是由相对论质子引起。
此外，研究结果还表明来自质子的伽马射线在星际气体聚集区域更常见，来自电子的伽马射线责更常见于气体缺乏区域。
这是研究人员首次对超新星残骸产生的宇宙射线数量进行量化，也是解释宇宙射线起源的一个里程碑。新论文发布在《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）。
（首图来源：pixabay）