中日科學(xué)家發(fā)現(xiàn)迄今最高能量宇宙伽馬射線
編輯: 王瑞穎 | 時(shí)間: 2019-07-04 11:32:47 | 來源: 光明日?qǐng)?bào) |
左圖:西藏ASgamma實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到蟹狀星云方向100TeV以上的伽馬射線。
右圖:美國哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的蟹狀星云圖片。(圖片來自于NASA)
3日,中日兩國科學(xué)家同日發(fā)布一項(xiàng)成果:中日合作西藏ASgamma實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)利用我國西藏羊八井ASgamma實(shí)驗(yàn)陣列發(fā)現(xiàn)了迄今為止最高能量的宇宙伽馬射線,這些宇宙伽馬射線來自蟹狀星云方向,最高能量達(dá)450TeV(1TeV即10的12次方電子伏特),比此前國際上正式發(fā)表的75TeV的最高能量高出5倍以上。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著超高能伽馬射線天文觀測(cè)進(jìn)入到100TeV以上的觀測(cè)能段,相關(guān)觀測(cè)結(jié)果將于7月下旬作為亮點(diǎn)文章在國際學(xué)術(shù)刊物《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。
中國科學(xué)院高能物理研究所研究員、本實(shí)驗(yàn)中方負(fù)責(zé)人黃晶介紹,此前國際上由德國探測(cè)到的最高能量的伽馬射線為75TeV。此次ASgamma實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了24個(gè)100TeV以上的伽馬射線事例,其中能量最高的約為450TeV。
科學(xué)家們進(jìn)一步確認(rèn),這些最高能量的宇宙伽馬射線來自于蟹狀星云。蟹狀星云是位于金牛座的超新星遺跡,它可能是人類最熟悉的天體了——我國宋朝的天文學(xué)家在1054年詳細(xì)記錄了該超新星的爆發(fā)現(xiàn)象?,F(xiàn)在我們知道,蟹狀星云距離地球6500光年左右,其能量來源是位于其中的高速旋轉(zhuǎn)的脈沖星,即蟹狀星云脈沖星。蟹狀星云在全電磁波段均具有較高的亮度,因此科學(xué)家在從射電、光學(xué)、X射線直至伽馬射線的整個(gè)電磁波段對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的觀測(cè)和研究。
黃晶說:“包括伽馬射線在內(nèi)的種種超高能宇宙線的來源,是一個(gè)世紀(jì)謎題。伽馬射線是光子,不帶電,不會(huì)像其他種類的宇宙線受銀河磁場(chǎng)的影響偏轉(zhuǎn)方向。因此,我們能夠追溯其源頭。”而這一實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的進(jìn)步,將推動(dòng)人類進(jìn)一步了解極端粒子加速過程及其發(fā)生的極端環(huán)境,進(jìn)而探索極端宇宙。黃晶介紹,超高能量的伽馬射線又是由高能帶電粒子產(chǎn)生的,了解伽馬射線所能達(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)生超高能伽馬射線的各種可能天體,都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。
科學(xué)家們也由此推斷,蟹狀星云可能是“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。
據(jù)介紹,我國將繼續(xù)開展并加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究。中國科學(xué)院高能物理研究所相關(guān)負(fù)責(zé)人表示,我國正在四川稻城建設(shè)ASgamma實(shí)驗(yàn)的后續(xù)項(xiàng)目——大面積高海拔宇宙線觀測(cè)站(LHAASO),其部分設(shè)備已經(jīng)建成并投入觀測(cè)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(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。此外,在空間探測(cè)方面,高能所正在牽頭申請(qǐng)“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(cè)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)。這些項(xiàng)目的實(shí)施以及國內(nèi)外的其他空間和高山天文臺(tái)相結(jié)合,將對(duì)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(cè)研究,預(yù)期實(shí)施之后將取得更多和更重大的成果。(記者齊芳)
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