我國科學(xué)家觀測到能量最高光子 或是可見光百萬億倍
西藏自治區(qū)的羊八井國際宇宙線觀測站測量到迄今為止能量最高的光子,來自于蟹狀星云,這也是科學(xué)家首次確認(rèn)能量超過100TeV的高能光子天體源。
研究人員認(rèn)為,這些100TeV以上的高能光子可能是更高能量的電子與周圍宇宙微波背景輻射光子發(fā)生“逆康普頓散射”的結(jié)果,而超高能電子、正電子則在蟹狀星云的脈沖星風(fēng)云中產(chǎn)生。由此可以推斷,“蟹狀星云”是“銀河系內(nèi)天然的高能粒子加速器”,與目前世界上最大的人工電子加速器(加速電子最高能量0.2TeV)相比,“蟹狀星云”的電子加速能力至少高了上萬倍。 非光子成份的宇宙線是帶電粒子,在銀河系磁場中會發(fā)生偏轉(zhuǎn),因此它們的抵達(dá)方向并不代表其加速源頭的真實(shí)位置。伽瑪射線光子是電中性的,不受磁場偏轉(zhuǎn),能直指其產(chǎn)生的源頭,而超高能量的伽瑪射線又是由高能帶電粒子產(chǎn)生的。 因此,超高能伽瑪射線觀測是研究這些極端粒子加速過程及其發(fā)生的極端環(huán)境的獨(dú)特途徑,是探索極端宇宙的重要探針之一。了解伽瑪光子所能達(dá)到的最高能量以及這些超高能光子能量的分布,研究產(chǎn)生超高能伽瑪射線光子的各種可能天體,有助于揭示宇宙中極端天體的性質(zhì),以及其中的極端天體物理過程和規(guī)律。 西藏羊八井ASgamma實(shí)驗(yàn)位于海拔4300米的西藏羊八井,1990年一期陣列建成并開始運(yùn)行,后來多次升級改造,在銀河系宇宙線的探測研究方面做出了一系列重大發(fā)現(xiàn)。 2014年,合作組成員在現(xiàn)有65000平方米宇宙線表面探測陣列下面新增加有效面積4200平方米的地下繆子水切倫科夫探測器,利用這種地下繆子水切倫科夫探測器的數(shù)據(jù),能夠剔除99.92%的宇宙線背景噪聲。合作組正是憑借地下水切倫科夫繆子探測器,使得西藏羊八井ASgamma實(shí)驗(yàn)成為100TeV以上能區(qū)國際上最靈敏的伽瑪射線天文臺,并因此測得本次100TeV伽瑪射線,后續(xù)的運(yùn)行還有望發(fā)現(xiàn)更多的超高能伽瑪射線源。 作為西藏羊八井ASgamma實(shí)驗(yàn)的后續(xù)項(xiàng)目,我國正在四川稻城建設(shè)大面積高海拔宇宙線觀測站LHAASO,其部分設(shè)備已經(jīng)建成并投入觀測運(yùn)行。和ASgamma實(shí)驗(yàn)相比,LHAASO的能量范圍和靈敏度要高一個(gè)數(shù)量級以上,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。此外,在空間探測方面,高能所正在牽頭申請“探索極端宇宙”EXU國際合作大科學(xué)計(jì)劃,其綜合性能比現(xiàn)有的同類空間探測設(shè)備將有大幅度的提升,宇宙線物理和高能伽馬射線天文也是該計(jì)劃的主要科學(xué)目標(biāo)。 EXU和LHAASO以及國內(nèi)外的其他空間和高山天文臺相結(jié)合,將對宇宙極端天體和過程開展全天空、全時(shí)域、多波段和多信使的立體觀測研究,預(yù)期實(shí)施之后將取得更多和更重大的成果。 西藏羊八井ASgamma實(shí)驗(yàn)由中科院高能物理研究所和日本東京大學(xué)宇宙線研究所共同主持。此次重要發(fā)現(xiàn)是中日合作雙方30年持之以恒,不斷創(chuàng)新,不斷努力的結(jié)果。該項(xiàng)目得到中國國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院及日本文部省、學(xué)術(shù)振興會(JSPS)等機(jī)構(gòu)的支持。實(shí)驗(yàn)在西藏30年的建設(shè)與運(yùn)行得到了西藏自治區(qū)各級政府及西藏大學(xué)的大力支持。 |
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