一篇新論文為科學家提供了理解災難性事件的突破性工具。物理學家格倫尼斯·法拉爾提出了一個可測試的理論，將超高能量宇宙射線與中子星合併產生的磁流出聯繫起來，解釋了主要特徵並為宇宙研究提供了新的方向。

紐約大學物理學家格倫尼斯·法拉爾的一篇新論文為理解宇宙中最劇烈的事件——兩顆中子星合併形成黑洞——提供了一個工具。上圖描繪了兩顆中子星即將相撞的場景。圖片來源：NASA戈達德太空飛行中心。

超高能量宇宙射線（UHECR）是宇宙中已知的最高能量粒子，其能量比人造粒子加速器產生的能量高出一百萬倍以上。儘管60多年前就已發現，但科學家們至今仍未對其起源提出完全令人滿意的解釋，也無法涵蓋所有觀測到的數據。

現在，紐約大學物理學家格倫尼斯·法拉爾提出的新理論為超高能量宇宙射線的產生提供了一個令人信服且可測試的模型。

「經過六十年的努力，宇宙中神秘的最高能粒子的起源可能終於被揭開了，」紐約大學物理學教授、朱利葉斯·西爾弗、羅莎琳德·S·西爾弗和伊妮德·西爾弗·溫斯洛教授法勒說道。 「這項發現為理解宇宙中最劇烈的事件——兩顆中子星合併形成黑洞——提供了一個新的工具，而這一過程產生了許多珍貴或奇異的元素，包括金、鉑、鈾、碘和氙。”

這些影像展示了最近使用新型超級電腦模型模擬的兩顆中子星的合併過程。顏色越紅，密度越低。綠色和白色的帶狀線代表磁場。繞軌道運行的中子星會透過發射重力波迅速損失能量，並在大約三圈（不到8毫秒）後合併。合併過程增強並擾亂了合併後的磁場。黑洞形成，磁場變得更加有序，最終形成能夠支撐噴流的結構，從而驅動短伽馬射線暴。圖片來源：NASA/AEI/ZIB/M. Koppitz 和L. Rezzolla。

這項研究發表在《物理評論快報》上，提出超高能量宇宙射線在雙中子星合併產生的湍流磁流出物中加速，這些湍流磁流出物在最終黑洞形成之前從合併遺跡中噴湧而出。這個過程同時產生強大的引力波——其中一些已經被LIGO-Virgo 合作計畫的科學家偵測到。

法拉爾在《物理評論快報》上發表的論文首次解釋了超高能宇宙射線的兩個最神秘的特徵：超高能宇宙射線的能量與其電荷之間的緊密相關性，以及少數最高能量事件的非凡能量。

Farrar 的分析得出兩個結論，可以為未來的工作提供實驗驗證：

能量最高的超高能量宇宙射線源自於稀有的「r 過程」元素，例如氙和碲，這促使人們在超高能量宇宙射線資料中尋找這樣的成分。

源自超高能量宇宙射線碰撞的極高能中微子必然伴隨母中子星合併產生的重力波。

編譯自/ ScitechDaily