大約一個世紀前，科學家們開始意識到，他們在地球大氣層中探測到的一些輻射並非源自本地。這最終催生了宇宙射線的發現，高能質子和原子核被剝奪了電子並加速到相對論速度（接近光速）。然而，圍繞着這種奇怪的（和潛在的）現象仍有幾個謎團。這包括關於它們的起源以及宇宙射線的主要成分（質子）如何被加速到如此高的速度的問題。由於名古屋大學領導的一項新研究，科學家們首次量化了超新星遺迹中產生的宇宙射線的數量。
這項研究幫助解開了一個百年之謎，是朝着精確確定宇宙射線的來源邁出的重要一步。
雖然科學家們理論上認為宇宙射線的來源很多–太陽、超新星、伽馬射線暴（GRBs）和活動星系核（又稱類星體）–但自從1912年首次發現以來，它們的確切來源一直是個謎。同樣，天文學家們推測，超新星殘骸是將它們加速到接近光速的原因。
當宇宙射線穿越我們的銀河系時，它們在星際介質（ISM）的化學演變中發揮了作用。因此，了解它們的起源對於了解星系如何演變至關重要。近年來，改進的觀測結果使一些科學家推測，超新星殘骸產生了宇宙射線，因為它們加速的質子與ISM中的質子相互作用，產生了極高能量 (VHE)的伽馬射線。
然而，伽馬射線也是由電子與ISM中的光子相互作用產生的，這些光子可以是紅外光子或宇宙微波背景（CMB）的輻射形式。因此，確定哪一個來源更大，對於確定宇宙射線的來源是最重要的。希望闡明這一點，研究小組–包括來自名古屋大學、日本國家天文台（NAOJ）和澳大利亞阿德萊德大學的成員–觀察了超新星遺迹RX J1713.7?3946（RX J1713）。
他們研究的關鍵是他們開發了一種新的方法來量化星際空間的伽馬射線來源。過去的觀測表明，由質子與ISM中的其他質子碰撞引起的VHE伽馬射線的強度與星際氣體密度成正比，這一點用無線電線成像就可以分辨出來。另一方面，由電子與ISM中的光子相互作用引起的伽馬射線也有望與電子的非熱X射線強度成正比。
為了進行研究，該小組依靠高能立體系統（HESS）獲得的數據，這是一個位於納米比亞的VHE伽馬射線觀測站（由馬克斯-普朗克核物理研究所運營）。然後他們將其與歐空局X射線多鏡任務（XMM-牛頓）觀測站獲得的X射線數據以及星際介質中氣體分佈的數據結合起來。
然後，他們將所有三個數據集結合起來，確定質子占宇宙射線的67±8%，而宇宙射線電子佔33±8%–大約是70/30的比例。這些發現是突破性的，因為它們是第一次對宇宙射線的可能來源進行量化。它們也構成了迄今為止最明確的證據，證明超新星殘骸是宇宙射線的來源。
這些結果還表明，質子引起的伽馬射線在氣體豐富的星際區域更常見，而電子引起的伽馬射線在氣體貧乏的區域則會增強。這支持了許多研究人員的預測，即這兩種機制共同影響了ISM的演變。該研究的主要作者，名譽教授 Yasuo Fukui說：
“如果沒有國際合作，這種全新的方法是不可能完成的。（它）將被應用於更多的超新星遺迹，除了現有的觀測站之外，使用下一代伽馬射線望遠鏡CTA（切倫科夫望遠鏡陣列），這將大大推進宇宙射線起源的研究。”
除了領導這個項目外， Yasuo Fukui自2003年以來一直致力於利用智利拉斯坎帕納斯天文台的NANTEN射電望遠鏡和澳大利亞望遠鏡緊湊型陣列對星際氣體分佈進行量化。由於阿德萊德大學的Gavin Rowell教授和Sabrina Einecke博士（該研究的共同作者）以及H.E.S.S.團隊，伽馬射線觀測站的空間分辨率和靈敏度終於達到了可以對兩者進行比較的程度。
同時，共同作者NAOJ的Hidetoshi Sano博士領導了對XMM-牛頓觀測站的檔案數據集的分析。在這方面，這項研究也顯示了國際合作和數據共享是如何促成各種前沿研究的。伴隨着儀器的改進，方法的改進和更多的合作機會，正在導致一個天文學突破成為經常發生的時代。