每日經(jīng)濟(jì)新聞 2021-05-17 13:25:54
每經(jīng)編輯 彭水萍
據(jù)新華社，中國科學(xué)院高能物理研究所17日公布，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）”記錄到1400萬億電子伏特（1.4PeV）的伽馬光子，這是人類迄今觀測到的最高能量光子，有助于進(jìn)一步解開宇宙線的奧秘。據(jù)介紹，此次發(fā)現(xiàn)表明，年輕的大質(zhì)量星團(tuán)、超新星遺跡、脈沖星風(fēng)云等，是銀河系超高能宇宙線起源的最佳候選天體。同時，此次發(fā)現(xiàn)也要求科學(xué)家重新認(rèn)識銀河系高能粒子的產(chǎn)生、傳播機(jī)制，探索極端天體現(xiàn)象及其相關(guān)的物理過程，并在極端條件下檢驗(yàn)基本物理規(guī)律。
另據(jù)央視新聞，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）”，在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器，并記錄到最高1.4拍電子伏的伽馬光子（拍=千萬億），這些發(fā)現(xiàn)將于2021年5月17日發(fā)表在《Nature》（《自然》）雜志上。
圖片來源：央視新聞
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了能量超過拍電子伏的光子，來自天鵝座內(nèi)非?；钴S的恒星形成區(qū)，還發(fā)現(xiàn)了12個穩(wěn)定超高能伽馬射線源，能量一直延伸到1拍電子伏附近，這是位于LHAASO視場內(nèi)、銀河系內(nèi)最明亮的一批伽馬射線源，測到的伽馬光子信號高于周圍背景7倍標(biāo)準(zhǔn)偏差以上，射線源的位置測量精度優(yōu)于0.3°。
這次觀測積累的數(shù)據(jù)還很有限，但所有能被LHAASO觀測到的源，它們都具有0.1拍電子伏以上的伽馬輻射，也叫“超高能伽馬輻射”。這表明銀河系內(nèi)遍布拍電子伏加速器，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）只能將粒子加速到0.01拍電子伏。銀河系內(nèi)的宇宙線加速器存在能量極限是個“常識”，從而預(yù)言的伽馬射線能譜在0.1拍電子伏以上有“截斷”現(xiàn)象。LHAASO的發(fā)現(xiàn)完全突破了這個“極限”，大多數(shù)源沒有截斷。
圖片來源：央視新聞
這些發(fā)現(xiàn)開啟 “超高能伽馬天文學(xué)”時代，表明年輕的大質(zhì)量星團(tuán)、超新星遺跡、脈沖星風(fēng)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(jì)之謎”。科學(xué)家們也需要重新認(rèn)識銀河系高能粒子的產(chǎn)生、傳播機(jī)制，探索極端天體現(xiàn)象及其相關(guān)的物理過程并在極端條件下檢驗(yàn)基本物理規(guī)律。
高海拔宇宙線觀測站尚在建設(shè)中，這次成果是基于已經(jīng)建成的1/2規(guī)模探測裝置，在2020年內(nèi)11個月的觀測結(jié)果，由中國科學(xué)院高能物理研究所牽頭的LHAASO國際合作組完成。
據(jù)成都日報錦觀新聞，中國科學(xué)院高能物理研究所粒子天體物理中心研究員、國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施LHAASO項(xiàng)目經(jīng)理兼首席科學(xué)家曹臻表示，LHAASO此次科學(xué)成果發(fā)現(xiàn)在宇宙線起源的研究進(jìn)程上具有里程碑意義，其科學(xué)突破在于：
揭示了銀河系內(nèi)普遍存在能夠?qū)⒘Ｗ幽芰考铀俪^1PeV的宇宙加速器。在這次觀測中，LHAASO所能夠有效觀測到的伽馬射線源中（統(tǒng)計觀測中通常要求5倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的超出視為有效觀測），幾乎所有的天體都具有0.1PeV以上的超高能伽馬輻射，說明輻射這些伽馬射線的父輩粒子能量超過了1PeV。觀測到的伽馬射線能譜在0.1PeV以上沒有明顯截斷，表明銀河系宇宙線加速源不存在PeV以下的加速極限。
“此次研究成果突破了當(dāng)前流行的理論模型。”他說。理論認(rèn)為拍電子伏特（PeV）能量的宇宙線在加速源區(qū)與周圍氣體作用下可以產(chǎn)生0.1PeV的伽馬射線，探測超過0.1PeV的伽馬射線是尋找和認(rèn)證PeV宇宙線源的主要手段之一。而之前國際上主流探測器工作在0.1PeV能量以下，無法確認(rèn)PeV宇宙線加速源的存在。
LHAASO發(fā)現(xiàn)了銀河系內(nèi)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(xué)難題邁出了至關(guān)重要的一步。
同時，此次研究成果開啟“超高能伽馬天文學(xué)”時代。
曹臻表示，1989年，亞利桑那州惠普爾天文臺的實(shí)驗(yàn)組成功發(fā)現(xiàn)了首個具有0.1 TeV以上伽馬輻射的天體，標(biāo)志著“甚高能”伽馬射線天文學(xué)時代的開啟。在隨后的30年里，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過兩百多個“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”伽馬射線輻射的天體。出人意料的是，僅基于1/2規(guī)模的LHAASO不到1年的觀測數(shù)據(jù)，就將“超高能”伽馬射線源數(shù)量提升到了12個。
“隨著LHAASO的建成和持續(xù)不斷的數(shù)據(jù)積累，可以預(yù)見這一探索極端宇宙天體物理現(xiàn)象的最高能量天文學(xué)研究將給我們展現(xiàn)一個充滿新奇現(xiàn)象的未知‘超高能宇宙’。”曹臻告訴記者。由于宇宙大爆炸產(chǎn)生的背景輻射無所不在，它們會吸收高于1PeV的伽馬射線，超出了銀河系的范圍，即使它們在那里產(chǎn)生出來，我們也接受不到，由此可見這個觀測窗口的特殊意義。
此外，此次研究成果也是能量超過1PeV的伽馬射線光子首現(xiàn)于天鵝座區(qū)域和蟹狀星云。天鵝座恒星形成區(qū)是銀河系在北天區(qū)最亮區(qū)域，擁有多個具有大量大質(zhì)量恒星的星團(tuán)，大質(zhì)量恒星的壽命只有百萬年的量級，因此星團(tuán)內(nèi)部充滿大量恒星生生死死的劇烈活動，具有復(fù)雜的強(qiáng)激波環(huán)境，是理想的宇宙線加速場所，被稱為“粒子天體物理實(shí)驗(yàn)室”。
“LHAASO在天鵝座恒星形成區(qū)首次發(fā)現(xiàn)PeV伽馬光子，使得這個本來就備受關(guān)注的區(qū)域成為超高能宇宙線源的最佳候選者，也就自然是LHAASO以及相關(guān)的多波段觀測、乃至于多信使天文學(xué)的巨大熱門，有望成為解開‘世紀(jì)之謎’的突破口。”
曹臻表示，歷史上對蟹狀星云大量的觀測研究，使之成為幾乎唯一具有清晰輻射機(jī)制的標(biāo)準(zhǔn)伽馬射線源，跨越22個量級的光譜精確測量清楚地表明其電子加速器的標(biāo)志性特征。然而，LHAASO測到的超高能光譜，特別是PeV能量的光子，嚴(yán)重挑戰(zhàn)了這個高能天體物理的“標(biāo)準(zhǔn)模型”，甚至于對更加基本的電子加速理論提出了挑戰(zhàn)。
據(jù)成都日報錦觀新聞，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）是以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，占地面積約1.36平方公里，由5195個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器組成的一平方公里地面簇射粒子陣列（簡稱KM2A）、78000平方米水切倫科夫探測器、18臺廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡交錯排布組成復(fù)合陣列，采用四種探測技術(shù)全方位、多變量測量宇宙線。高海拔宇宙線觀測站的核心科學(xué)目標(biāo)就是探索高能宇宙線起源以及相關(guān)的宇宙演化、高能天體演化和暗物質(zhì)的研究。廣泛搜索宇宙中尤其是銀河系內(nèi)部的伽馬射線源，精確測量它們從低于1TeV（1萬億電子伏，也叫“太電子伏”）到超過1PeV（1000萬億電子伏，也叫“拍電子伏”）寬廣能量范圍內(nèi)的能譜，測量更高能量的彌散宇宙線的成份與能譜，揭示宇宙線產(chǎn)生、加速和傳播的規(guī)律，探索新物理前沿。
來源：每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合新華社、央視新聞、成都日報錦觀新聞
封面圖片來源：央視新聞
如需轉(zhuǎn)載請與《每日經(jīng)濟(jì)新聞》報社聯(lián)系。
未經(jīng)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》報社授權(quán)，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載或鏡像，違者必究。
讀者熱線：4008890008
特別提醒：如果我們使用了您的圖片，請作者與本站聯(lián)系索取稿酬。如您不希望作品出現(xiàn)在本站，可聯(lián)系我們要求撤下您的作品。
歡迎關(guān)注每日經(jīng)濟(jì)新聞APP
Copyright ? 2024 每日經(jīng)濟(jì)新聞報社版權(quán)所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載使用，違者必究。
廣告熱線? 北京: 010-57613265，?上海: 021-61283008，?廣州: 020-84201861，?深圳: 0755-83520159，?成都: 028-86512112
