近日，根據最新研究，超新星能夠暫時轉變為“PeVatrons”——可產生能量超過千兆電子伏特(PeV)宇宙射線的天然粒子加速器。這一發現為理解宇宙射線來源提供了新線索。

星系際宇宙射線主要由高能粒子構成，其中大部分是質子，少量為重原子核。這些粒子大部分被地球磁場和大氣層過濾，僅一小部分能到達地表。據估算，每秒大約有一道宇宙射線穿過人體。其能量范圍廣泛，從幾電子伏特(eV)到幾拍電子伏特(PeV)，甚至高達一百萬億電子伏特，約為大型強子對撞機(LHC)碰撞釋放能量的1000倍。天體物理學家長期以來懷疑，最高能量射線(高于PeV)可能由超新星爆炸等極端事件產生。

超新星加速粒子的能力與爆炸產生的恒星風速度以及周圍磁場的密度和強度密切相關。因此，在致密環境中形成的高能超新星，有可能產生千兆電子伏(PeV)范圍的輻射。不過，盡管探測技術不斷進步，目前尚未發現任何超新星能將粒子加速到100太電子伏(TeV)以上。已知的第谷和仙后座A等殘留物雖被寄予厚望，但發射水平遠低于預期閾值。

盡管儀器已檢測到PeV量級的輻射，但其來源仍不明確。在最近發表在arXiv平臺上的一項研究中，德國波茨坦大學領導的一組科學家提出了一種解釋：部分超新星在與致密的恒星周圍云相互作用時，可短暫變為“拍加速器”。

研究人員強調，確定哪些銀河宇宙射線源能將粒子加速到光譜“斷裂”(幾個PeV)以及超新星遺跡是否為其成因至關重要。他們研究了密集恒星殼層對爆炸后最初幾年超新星沖擊波粒子加速的影響，以評估此類相互作用的超新星是否可作為沖擊波。

目前，對非常年輕的超新星遺跡中粒子加速模型的認知是，恒星周圍環境通常由自由流動的恒星風形成。但觀測表明，一些超新星能膨脹并產生密度更大的恒星周圍物質，這可能是由于爆炸前不久的偶發性排放所致。盡管這一過程的具體頻率尚未確定，但似乎相對常見。恒星坍縮前不久的強大風會剝離其外層，導致恒星質量大幅損失，有時相當于兩個太陽質量。若這些星風速度保持在較低水平，垂死恒星周圍就會形成緊湊、致密的包層。

先前一些研究顯示，這種環境可能為超高速電子束的形成創造條件。在新研究中，科學家們進一步推進這一假設，使用流體動力學建模代碼Pion模擬短暫但劇烈的質量損失時期的影響，估計每年最多可損失2個太陽質量。該高數字需與所討論的亮藍變星(LBV)實際觀測結果進行比對。亮藍變星是藍特巨星，光度波動緩慢但顯著，以強大的物質爆發聞名。

在模擬中，研究人員采用“測試粒子”方法，同時求解宇宙射線傳輸、磁湍流和等離子體動力學方程。研究結果顯示，超新星爆炸時，沖擊波穿過致密恒星包層，會導致磁場急劇增強，將粒子加速到極快速度，使其在穿過殼層并消散到太空時達到PeV水平。

然而，這一狀態并未持續太久。據科學家計算，爆炸后的前五個月足以使輻射能量超過PeV閾值，但隨后強度會迅速下降。如此短暫的持續時間，解釋了為何至今尚未直接探測到活躍的超新星：盡管銀河系中超新星平均每隔幾十年爆發一次，但它們均未發生得足夠近，以至能探測到這種短暫的能量爆發。