附近超新星暂未观测到伽玛射线

2023年发生在附近的超新星爆发为天体物理学家提供了一个绝佳机会，以测试这些类型的爆炸如何促进名为宇宙射线的高能粒子接近光速。然而令人惊讶的是，美国宇航局费米伽马射线空间望远镜没有探测到这些粒子应该产生的高能伽马射线。

SN 2023ixf是自2008年费米发射以来发现的最明亮的附近超新星，于2023年5月18日在附近的Pinwheel星系（M101）爆发，位于大熊座，距离地球约2200万光年。

意大利特里耶斯特大学研究员Guillem Martí-Devesa表示：“天体物理学家先前估计超新星将其总能量的约10%转化为宇宙射线加速。”“但我们从未直接观察到这一过程。根据对SN 2023ixf的新观测，我们的计算结果表明，在爆炸后几天内，能量转化率低至1%。这并不排除超新星作为宇宙射线工厂，但这意味着我们还有更多东西要了解它们的产生。”

Martí-Devesa在奥地利因斯布鲁克大学领导的论文将刊登在《天文学与天体物理学》的未来版中。

每天都有无数宇宙射线与地球大气层碰撞。大约90%是氢核，剩下的是电子或较重元素的核。

自20世纪初以来，科学家一直在研究宇宙射线的起源，但这些粒子无法追溯到它们的来源。由于它们带电，宇宙射线在传播到地球时会受到遇到的磁场的影响。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的费米项目科学家Elizabeth Hays表示：“然而，伽马射线会直接传播到我们这里。”“当宇宙射线与其环境中的物质相互作用时，它们会产生伽马射线。费米是轨道上最敏感的伽马射线望远镜，所以当它没有检测到预期信号时，科学家必须解释其缺失。解开这个谜团将建立更准确的宇宙射线起源图景。”

天体物理学家长期以来一直怀疑超新星是主要的宇宙射线贡献者。

这些爆炸发生在至少比太阳质量的恒星耗尽燃料时。恒星核坍缩然后反冲，将激波向外推出。激波加速粒子，形成宇宙射线。当宇宙射线与星周的其他物质和光碰撞时，它们会产生伽马射线。

超新星极大地影响星系的星际环境。它们的冲击波和扩张的碎片云可能持续50,000年以上。2013年，费米的测量结果显示，我们银河系中的超新星残留物正在加速宇宙射线，这些射线在撞击星际物质时产生了伽马射线。但天文学家表示，这些残留物并不能产生足够的高能粒子来匹配地球上科学家的测量结果。

有一种理论提出，超新星可能在初始爆炸几天和几周内加速了我们星系中最高能的宇宙射线。

然而，超新星是罕见的，在像银河系这样的星系中，平均只发生一次一个世纪。在32,000万光年的范围内，超新星平均每年只发生一次。

在可见光望远镜首次看到SN 2023ixf后的一个月的观测期间，费米没有探测到伽马射线。

法国国家科学研究中心蒙彼利埃宇宙与粒子实验室的天体物理学家Matthieu Renaud表示：“不幸的是，没有看到伽马射线并不意味着没有宇宙射线。”“我们必须经历所有关于加速机制和环境条件的基本假设，以将伽马射线的缺失转化为宇宙射线产生的上限。”

研究人员提出了几种可能影响费米观测到事件的伽马射线的情景，比如爆炸物质的分布方式和星周物质的密度。

费米的观测提供了研究超新星爆发后的条件的第一个机会。对SN 2023ixf在其他波长的额外观测、基于这一事件的新模拟和模型，以及对其他年轻超新星的未来研究将有助于天文学家锁定宇宙射线的神秘来源。