1. 首頁 > 生活百科 >

伽馬射線 高海拔宇宙線觀測站這項新發現，開啟“超高能伽馬天文學”時代( 二 )


伽馬射線 高海拔宇宙線觀測站這項新發現，開啟“超高能伽馬天文學”時代
文章插圖

高海拔宇宙線觀測站這項新發現，開啟“超高能伽馬天文學”時代
中國科學院高能物理研究所今天舉行發布會，介紹高海拔宇宙線觀測站發現首批“拍電子伏加速器”和最高能量光子。新京報采訪人員 張璐 攝
突破1：宇宙線起源“世紀之謎”有望被破解
LHAASO此次科學成果發現在宇宙線起源的研究進程上，具有里程碑意義。
這次觀測積累的數據還很有限，但所有能被LHAASO觀測到的伽馬射線源，它們都具有0.1PeV以上的伽馬輻射，也叫“超高能伽馬輻射”，說明輻射這些伽馬射線的父輩粒子能量確定超過了1 PeV。這表明，銀河系內普遍存在能夠將粒子能量加速超過1 PeV的宇宙加速器。而人類在地球上建造的最大加速器——歐洲核子研究中心的LHC（大型強子對撞機）只能將粒子加速到0.01PeV。
銀河系內的宇宙線加速器存在能量極限是個“常識”，過去預言的極限就在0.1PeV附近，從而預言的伽馬射線能譜在0.1PeV附近有“截斷”現象。LHAASO的發現完全突破了這個“極限”，大多數源沒有截斷。這突破了當前流行的理論模型所宣稱的銀河系宇宙線加速PeV能量極限。
LHAASO發現了銀河系內大量存在的PeV宇宙加速源，它們都是超高能宇宙線源的候選者，這就向著解決宇宙線起源這一科學難題邁出了至關重要的一步。
科學家們也需要重新認識銀河系高能粒子的產生、傳播機制，探索極端天體現象及其相關的物理過程并在極端條件下檢驗基本物理規律。
突破2：開啟“超高能伽馬天文學”時代
此次成果開啟“超高能伽馬天文學”時代。1989年，亞利桑那州惠普爾天文臺的實驗組成功發現了首個具有0.1 TeV以上伽馬輻射的天體（1TeV=1萬億電子伏），標志著“甚高能”伽馬射線天文學時代的開啟，在隨后的30年里，已經發現超過兩百個“甚高能”伽馬射線源。
直到2019年，人類才探測到首個具有“超高能”（0.1PeV以上）伽馬射線輻射的天體，當時，中日合作團通過西藏羊八井ASg實驗，發現了能量高達0.45PeV的伽馬射線。出人意料的是，去年，僅基于1/2規模的LHAASO不到1年的觀測數據，就將“超高能”伽馬射線源數量提升到了12個。
隨著LHAASO的建成和持續不斷的數據積累，可以預見，這一探索極端宇宙天體物理現象的最高能量天文學研究，將展現一個充滿新奇現象的未知“超高能宇宙”。
突破3：能量超過1 PeV的伽馬射線光子首現天鵝座區域
此次成果表明，以天鵝座恒星形成區、蟹狀星云等為代表的非熱輻射天體（不依賴于天體溫度而產生輻射的天體），即年輕的大質量星團、超新星遺跡、脈沖星風云等是銀河系超高能宇宙線起源的最佳候選天體，有助于破解宇宙線起源這個“世紀之謎”。
PeV光子的探測是伽馬天文學的一座里程碑，長期以來一直是伽馬天文發展的強大驅動力。上個世紀80年代，伽馬天文學爆發式發展一個重要的誘因就是挑戰PeV光子極限。
天鵝座恒星形成區是銀河系在北天區最亮區域，擁有多個具有大量大質量恒星的星團，大質量恒星的壽命只有百萬年的量級，因此星團內部充滿大量恒星生生死死的劇烈活動，具有復雜的強激波環境，是理想的宇宙線加速場所，被稱為“粒子天體物理實驗室”。
LHAASO在天鵝座恒星形成區首次發現PeV伽馬光子，使得這個本來就備受關注的區域成為超高能宇宙線源的最佳候選者，有望成為解開“世紀之謎”的突破口。
相關鏈接：中國宇宙線研究歷經三個階段
中國的宇宙線實驗研究經歷了三個階段。目前在建的LHAASO是第三代高山宇宙線實驗室。高山實驗能夠充分利用大氣作為探測介質，在地面進行觀測，探測器規模可遠大于大氣層外的天基探測器。由于超高能量宇宙線數量稀少，這是唯一的觀測手段。
1954年，中國第一個高山宇宙線實驗室在海拔3180米的云南東川落雪山建成。
1989年，在海拔4300米的西藏羊八井啟動了中日合作的ASg實驗，于2000年啟動了中意合作的ARGO實驗。
2009年，北京香山科學會議上，中科院高能所研究員曹臻提出了在高海拔地區建設大型復合探測陣列“高海拔宇宙線觀測站”的完整構想。LHAASO的主體工程于2017年開始建設，2019年4月完成1/4的規模建設并投入科學運行。
2021年，LHAASO陣列將全部建成，成為國際領先的超高能伽馬探測裝置，投入長期運行，從多個方面展開宇宙線起源的探索性研究
本文來源：新京報，如有侵權聯系刪除謝謝！

推薦閱讀