質子約占宇宙射線的90%，這些高能的帶電粒子每天都撞擊地球，但我們卻很難直接追蹤其來源，這是因為銀河系的磁場已將這些帶電粒子拉離原本的路徑。天文學家一直懷疑超新星殘骸就是銀河系的粒子加速器，膨脹的恆星殘骸撞擊周遭雲氣產生震波，雲氣中的磁場會被壓縮而增強。震波波前的帶電粒子獲得加速，有些粒子受磁場影響偏轉，來回穿越波前而獲得能量，這樣的情形在它們以宇宙射線的形式離開前，持續達數千年。
某些波段的輻射顯示，電子的確在超新星殘骸中獲得加速，當電子在磁場中移動時會產生輻射，很多證據顯示質子可能也如理論預測一樣有此行為，但這些觀測也可能有其他的解釋，因此超新星殘骸加速質子的理論仍充滿爭議。
最近在伽瑪射線及可見光波段的兩項研究，可能即將為此爭論畫下句點。在其中一項研究中，科學家利用間接的方法量測超新星殘骸中的高能質子。當高能質子撞到地球大氣或星際介質中的其他粒子，撞擊的殘骸會產生一種壽命短暫的次原子粒子，稱為中性π介子，每一個π介子會很快地衰變為兩個特定能量的伽瑪射線光子。科學家利用NASA的費米伽瑪射線太空望遠鏡，觀測了距離我們約3,000秒差距（約10,000光年）的超新星殘骸IC 443和W44，他們在π介子衰變所會產生的特定能量範圍內發現了大量的伽瑪射線光子！
此結果和義大利的AGILE衛星之前在較小波段範圍內所作的觀測相當吻合，本篇研究的共同作者－加州史丹佛大學的Stefan Funk表示，這顯示質子在超新星殘骸中獲得加速。雖然說電子在撞擊物質或光子時也可能會產生伽瑪射線，但若僅由電子來解釋所觀測到的伽瑪射線分布，「這需要在兩個超新星殘骸都有極精細的調校，我覺得這不太可能」，Stefan Funk這麼說。
另一項德國海德堡普朗克天文研究所Sladjana Nikolic等人的研究，是觀測超新星殘骸1006震波區域中氫原子所發出的可見光光譜，來研究原子的速度。科學家發現物質在震波中撞在一起這種說法無法解釋他們觀測到的結果，必定有些氫原子源自於單獨的質子被震波加速後捕捉鄰近氫原子中的電子，進而產生觀察到的輻射。
團隊成員之一紐澤西羅格斯大學的天文學家John Hughes表示，在一團特定溫度的氣體中，並不容易看到許多高速的粒子，但如果有宇宙射線的加速機制，則能觀測到極高速的粒子。
宇宙射線究竟能有多快呢？天文學家正試著尋找銀河系最高能的宇宙射線的來源，其能量甚至可高達1015電子伏特，但由於費米伽瑪射線太空望遠鏡一次只能觀察非常小區域的天區，不太可能擔負這項工作，而這些宇宙射線和相關的伽瑪射線也相當罕見。這時地面的觀測站就派上用場了，它們可以觀察高能宇宙射線撞擊地球大氣層所產生的現象，或是銀河系宇宙射線所產生的微中子。天文學家也希望能夠研究不同時期的超新星殘骸，看看它們加速宇宙射線的效率是否隨時間變化。
在2011年稍早的研究中，義大利天文學家 Picozza 等人利用PAMELA衛星觀測宇宙射線，觀測到比預期多更多的高能宇宙射線，他們發現無法用單一的超新星殘骸模型來解釋其觀測結果。Picozza認為，得需要更複雜的加速和傳遞機制才能解釋他們的觀測。
宇宙射線的故事可不只這樣，其他的天體－像是白矮星爆炸所產生的新星－也可能加速宇宙射線；宇宙射線在旅行銀河系的一生中，也可能會被數個不同的天體所加速。
Editor: Seline
引用自臺北天文館之網路天文館網站http://tamweb.tam.gov.tw/v3/TW/content.asp?mtype=c2&idx=973
新聞來源：Nature
http://www.nature.com/news/cosmic-rays-originate-from-supernova-shockwaves-1.12436?WT.ec_id=NEWS-20130219
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