近日，根据最新研究，超新星能够暂时转变为“PeVatrons”——可产生能量超过千兆电子伏特(PeV)宇宙射线的天然粒子加速器。这一发现为理解宇宙射线来源提供了新线索。
星系际宇宙射线主要由高能粒子构成，其中大部分是质子，少量为重原子核。这些粒子大部分被地球磁场和大气层过滤，仅一小部分能到达地表。据估算，每秒大约有一道宇宙射线穿过人体。其能量范围广泛，从几电子伏特(eV)到几拍电子伏特(PeV)，甚至高达一百万亿电子伏特，约为大型强子对撞机(LHC)碰撞释放能量的1000倍。天体物理学家长期以来怀疑，最高能量射线(高于PeV)可能由超新星爆炸等极端事件产生。
超新星加速粒子的能力与爆炸产生的恒星风速度以及周围磁场的密度和强度密切相关。因此，在致密环境中形成的高能超新星，有可能产生千兆电子伏(PeV)范围的辐射。不过，尽管探测技术不断进步，目前尚未发现任何超新星能将粒子加速到100太电子伏(TeV)以上。已知的第谷和仙后座A等残留物虽被寄予厚望，但发射水平远低于预期阈值。
尽管仪器已检测到PeV量级的辐射，但其来源仍不明确。在最近发表在arXiv平台上的一项研究中，德国波茨坦大学领导的一组科学家提出了一种解释：部分超新星在与致密的恒星周围云相互作用时，可短暂变为“拍加速器”。
研究人员强调，确定哪些银河宇宙射线源能将粒子加速到光谱“断裂”(几个PeV)以及超新星遗迹是否为其成因至关重要。他们研究了密集恒星壳层对爆炸后最初几年超新星冲击波粒子加速的影响，以评估此类相互作用的超新星是否可作为冲击波。
目前，对非常年轻的超新星遗迹中粒子加速模型的认知是，恒星周围环境通常由自由流动的恒星风形成。但观测表明，一些超新星能膨胀并产生密度更大的恒星周围物质，这可能是由于爆炸前不久的偶发性排放所致。尽管这一过程的具体频率尚未确定，但似乎相对常见。恒星坍缩前不久的强大风会剥离其外层，导致恒星质量大幅损失，有时相当于两个太阳质量。若这些星风速度保持在较低水平，垂死恒星周围就会形成紧凑、致密的包层。
先前一些研究显示，这种环境可能为超高速电子束的形成创造条件。在新研究中，科学家们进一步推进这一假设，使用流体动力学建模代码Pion模拟短暂但剧烈的质量损失时期的影响，估计每年最多可损失2个太阳质量。该高数字需与所讨论的亮蓝变星(LBV)实际观测结果进行比对。亮蓝变星是蓝特巨星，光度波动缓慢但显著，以强大的物质爆发闻名。
在模拟中，研究人员采用“测试粒子”方法，同时求解宇宙射线传输、磁湍流和等离子体动力学方程。研究结果显示，超新星爆炸时，冲击波穿过致密恒星包层，会导致磁场急剧增强，将粒子加速到极快速度，使其在穿过壳层并消散到太空时达到PeV水平。
然而，这一状态并未持续太久。据科学家计算，爆炸后的前五个月足以使辐射能量超过PeV阈值，但随后强度会迅速下降。如此短暂的持续时间，解释了为何至今尚未直接探测到活跃的超新星：尽管银河系中超新星平均每隔几十年爆发一次，但它们均未发生得足够近，以至能探测到这种短暂的能量爆发。
