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中日合作團(tuán)隊(duì)觀測(cè)到超過(guò)100萬(wàn)億電子伏特的伽馬射線

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2021-03-02 08:11:48 字號(hào)：A- A A+ 來(lái)源：北京日?qǐng)?bào)客戶端

記者3月2日從中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所獲悉，中日合作團(tuán)隊(duì)利用我國(guó)西藏羊八井ASγ實(shí)驗(yàn)陣列在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)，距離地球2600光年的超新星遺跡 SNR G106.3+2.7 發(fā)射出超過(guò)100萬(wàn)億電子伏特的伽馬射線。這些伽馬射線可能是被該超新星遺跡中的激波加速到PeV（比地球上人造加速器的最高能量高100倍）的宇宙射線與附近的分子云碰撞產(chǎn)生的。

（左圖）我國(guó)西藏ASγ實(shí)驗(yàn)表面陣列；（右圖）中日合作ASγ實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在地下增設(shè)探測(cè)陣列，大大提高了探測(cè)伽馬射線的靈敏度。

該超新星遺跡成為銀河系中的一個(gè)候選“拍電子伏特宇宙線加速器”，為解開(kāi)超高能宇宙射線的起源之謎打開(kāi)了重要窗口。北京時(shí)間今天（3月2日）零時(shí)，相關(guān)觀測(cè)結(jié)果在頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然天文》發(fā)表。

自1912年發(fā)現(xiàn)宇宙射線以來(lái)，超高能宇宙線的起源問(wèn)題至今未解，是一個(gè)世紀(jì)之謎。將宇宙射線加速到PeV（比地球上人造加速器的最高能量高100倍）能量的天體源被稱為“拍電子伏特宇宙線加速器”（“PeVatron”），并被認(rèn)為應(yīng)該存在于銀河系中。但是，由于宇宙射線帶電荷，它們?cè)趥鞑サ倪^(guò)程中會(huì)受到銀河系磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)，到達(dá)地球時(shí)的方向已經(jīng)不再指向源頭了，因此無(wú)法通過(guò)宇宙線的方向來(lái)尋找這類加速器。

幸運(yùn)的是，宇宙射線在其源頭被加速后可能與附近的分子云發(fā)生碰撞，產(chǎn)生中性π介子，而π介子衰變產(chǎn)生的伽馬射線不帶電荷，沿直線傳播，因此觀測(cè)到的伽馬射線到達(dá)方向就是該天體源方向，借此可以尋找這類加速器。

西藏中日合作ASγ實(shí)驗(yàn)位于海拔4300米的西藏羊八井，始建于1989年，由中科院高能物理研究所，中科院國(guó)家天文臺(tái)等國(guó)內(nèi)12個(gè)合作單位以及日本東京大學(xué)宇宙線研究所等16個(gè)日方合作單位組成。2014年，中日合作ASγ實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在原有的宇宙線表面陣列的地下增設(shè)了地下繆子水切倫科夫探測(cè)器，綜合利用表面和地下探測(cè)器陣列的數(shù)據(jù)，可以排除99.92%的宇宙線背景噪聲，從而大大提高了探測(cè)伽馬射線的靈敏度。此次，中日合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)2年有效時(shí)間觀測(cè)，測(cè)量到了來(lái)自上述超新星遺跡方向，超過(guò)100萬(wàn)億電子伏特的超高能伽馬射線。

作為西藏羊八井ASγ實(shí)驗(yàn)的后續(xù)項(xiàng)目，我國(guó)正在四川稻城建設(shè)大面積高海拔宇宙線觀測(cè)站LHAASO，其3/4陣列已經(jīng)建成并投入觀測(cè)運(yùn)行。和ASγ實(shí)驗(yàn)陣列相比，LHAASO的能量范圍和靈敏度要高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，將把宇宙線物理和超高能伽馬射線天文研究推進(jìn)到一個(gè)新的高度。

（供圖：中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所）
標(biāo)簽
- 原標(biāo)題：中外科學(xué)家觀測(cè)到超過(guò)100萬(wàn)億電子伏特的伽馬射線
- 責(zé)任編輯: 連政
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