点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:西藏羊八井实验发现超高能宇宙线加速候选天体
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

西藏羊八井实验发现超高能宇宙线加速候选天体

来源:中国科学报2021-03-02 09:04

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  宇宙线自1912年被发现至今已100多年,然而,超高能宇宙线的起源问题至今未解,成为“世纪之谜”。

  近日,中日合作团队利用我国西藏羊八井ASgamma(ASγ)实验阵列,在国际上首次发现,距地球2600光年的超新星遗迹 SNR G106.3+2.7发射出了超过100TeV(万亿电子伏特)的伽马射线。

  科学家推断,这些伽马射线可能是由PeV(又称拍电子伏特,千万亿电子伏特)能量级别的宇宙线与附近的分子云碰撞产生的,而宇宙线则是被该超新星遗迹的冲击波加速产生的。SNR G106.3+2.7由此成为银河系中一个可能的“拍电子伏特宇宙线加速器”(PeVatron),为解开超高能宇宙线的起源之谜打开重要窗口。相关观测结果3月2日发表于《自然—天文学》。

  我国西藏ASγ实验表面阵列(中科院高能所供图)

  难寻的超高能宇宙线加速器

  “PeV”是一个至今靠人类力量无法企及的超高能量,它比地球上人造加速器的最高能量还要高出100倍。

  自然的力量远远超乎人类,一些科学家们认为,银河系中存在拍电子伏特宇宙线加速器,即能够将宇宙射线加速到PeV能量的天体源。但是,长期以来,这样的天体源并未被找到,超高能宇宙线的起源也成了世纪之谜。

  之所以难找,是因为宇宙线带电荷,它们在传播的过程中会受到银河系磁场的偏转,到达地球时的方向已经不再指向源头了,因此无法通过宇宙线的方向来判断源头在哪。

  幸运的是,宇宙线(例如质子)在其源头附近被超新星遗迹的激波加速到PeV能区,然后与附近的分子云碰撞,产生中性的派介子,寿命极短的派介子会迅速衰变产生能量约为母体宇宙线能量十分之一的伽马射线。由于伽马射线不带电荷,沿直线传播,因此,从地球上观测到的伽马射线到达方向就对应了该天体源方向。

  三条主要判据

  论文作者之一、中国科学院高能物理研究所(以下简称中科院高能所)研究员黄晶告诉《中国科学报》,科研人员之所以能够判断出该超新星遗迹是拍电子伏特宇宙线加速器,主要依赖三条判据,一是该天体源发出的伽马射线能量超过100 TeV;二是伽马射线发射区与分子云的位置一致;三是能够排除超高能伽马射线产生于脉冲星及其风云高能电子的可能性。

  此前,世界上还没有任何一个实验组找到同时满足这三个条件的天体。

  羊八井ASγ实验并非唯一一个观测到来自于这个超新星遗迹的伽马射线的实验。同样观测到的还有美国的VERITAS成像切伦科夫望远镜、美国费米伽马射线空间望远镜、美国的HAWC实验。

  不过,黄晶表示,美国的VERITAS成像切伦科夫望远镜、费米伽马射线空间望远镜对100TeV以上能区的伽马射线观测灵敏度不够,而HAWC实验观测到的100TeV伽马射线辐射区位置精度较低,不足以排除伽马射线产生于脉冲星及其风云高能电子的可能性。

  灵敏度高点高点再高点

  西藏中日合作ASγ实验位于海拔4300米的西藏羊八井,始建于1989年。

  2014年,中日合作ASγ实验团队在原有的宇宙线表面阵列的地下,增设了创新型的地下缪子水切伦科夫探测器,面积约4500平方米,用于探测宇宙线质子与地球大气作用产生的缪子。综合利用表面和地下探测器阵列的数据,可以排除99.92%的宇宙线背景噪声,从而提高了探测伽马射线的灵敏度。

  地下缪子水切伦科夫探测器(中科院高能所供图)

  黄晶介绍,此次,中日合作团队通过有效时间2年的观测,测量到了来自SNR G106.3+2.7方向的超过100TeV的超高能伽马射线,发现这些伽马射线的空间分布与附近分子云的分布接近,而与这个区域内存在的脉冲星及其风云关联较弱。

  “对这些观测结果的一个合理解释是:质子在超新星遗迹附近被冲击波加速到PeV能区,然后与附近的分子云碰撞产生中性派介子,随后派介子衰变产生超高能伽马射线。这样,这个超新星遗迹就成为银河系中一个拍电子伏特宇宙线加速器的候选体。”黄晶说。

  中科院高能所副所长卢方军告诉《中国科学报》,作为西藏羊八井ASγ实验的后续项目,我国正在四川稻城建设大面积高海拔宇宙线观测站(LHAASO),其四分之三阵列已经建成并投入观测运行。和ASγ实验相比,LHAASO的能量范围和灵敏度要高一个数量级以上,将把宇宙线物理和超高能伽马射线天文研究推进到一个新的高度。(倪思洁)

  相关论文信息: https://dx.doi.org/10.1038/s41550-020-01294-9

[ 责编:赵清建 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • “中欧青年对话会2025”在京举行

  • 山东东营:河海交汇的湿地之城

独家策划

推荐阅读
如今,在学习中遇到问题可以问人工智能,写作业也可以用人工智能辅助查询信息。正如这名同学所言,生成式人工智能正改变传统的以知识积累和传递为中心的教学模式。
2025-11-18 10:28
11月17日,在水利部举行的“贯彻落实党的二十届四中全会精神 推动节水产业高质量发展”新闻发布会上,水利部副部长陈敏介绍,目前,我国节水产业呈现出蓬勃发展的良好势头,
2025-11-18 04:20
新疆维吾尔自治区科技创新大会17日在乌鲁木齐举行。会上,干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室、丝路水实验室、昆仑智能装备实验室、
2025-11-18 04:20
党的二十届四中全会审议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》指出,以创新能力、质量、实效、贡献为评价导向,深化项目评审、机构评估、
2025-11-18 04:25
近日,2025年6G发展大会在北京经济技术开发区举行。
2025-11-18 04:20
这台高能非弹谱仪的独特之处在于,它利用了中子不带电、穿透力强的特性,能够直接探测到物质内部的微观运动。
2025-11-17 08:56
建立和完善国家公园监测网络体系,是我国生态文明建设领域的重要实践,是践行人与自然和谐共生现代化理念的具体体现。
2025-11-17 04:30
浙江清凉峰国家级自然保护区是我国重要的生物多样性聚集地之一,也是长三角地区珍贵的物种基因库。
2025-11-17 04:30
近日,我国科研团队在嫦娥六号月背样品中首次发现大型撞击事件成因的微米级赤铁矿和磁赤铁矿晶体,揭示了全新的月球氧化反应机制,为环绕南极-艾特肯盆地磁异常的撞击成因提供了样品实证。
2025-11-17 04:30
在不久前召开的联合国教科文组织“人与生物圈计划”国际协调理事会第37次会议上,内蒙古大青山国家级自然保护区和陕西周至国家级自然保护区,被批准为“世界生物圈保护区网络”成员。
2025-11-17 04:30
以“智跃无界,开源致远”为主题的操作系统大会2025(以下简称“大会”)在北京举办。
2025-11-14 17:08
我国在4个国家开展6处文物古迹保护修复,49项中外联合考古项目涉及28个国家和地区,用实际行动践行全球文明倡议、不断丰富世界文明百花园。
2025-11-13 07:07
由四川省人民政府主办的2025世界动力电池大会12日在宜宾市开幕。
2025-11-13 04:55
据估算,太阳每秒钟释放的能量,可供全人类使用约70万年。模拟太阳来产生无尽的清洁能源,也因此成为人类的“终极能源梦想”。
2025-11-13 04:55
日前,中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所、中科合肥智能育种加速器创新研究院联合发布重要成果:全链条机器人育种家“小海”与“海霸设施”小麦快速育种商业化服务平台同步启动,标志着我国在智能育种装备与工程化应用上取得关键突破。
2025-11-13 04:55
日前,记者从全球规模最大的恐龙蛋化石遗址——湖北青龙山恐龙蛋化石群国家级自然保护区获悉,数字化档案建设团队正为库藏的每一枚较完整恐龙蛋化石,赋予由“保护区名称—化石产地名称—库藏箱编号—标本编号”构成的唯一“身份证ID”。这标志着该保护区首次实现恐龙蛋化石专属标识管理。
2025-11-13 04:55
困扰无数人的睡眠问题,终于有一部纪录片说清楚了!
2025-11-13 08:55
国家卫生健康委百万减残工程专家委员会主任委员、中国医学科学院北京协和医学院院校长吉训明介绍,目前,全国已有20个省份成立减残工程专委会,8个省份正在积极推进。
2025-11-12 07:24
2025年是中国科学院院士、我国理论物理学奠基人、“两弹一星功勋奖章”获得者彭桓武诞辰110周年。
2025-11-12 07:23
由中国科学院昆明动物研究所牵头,联合国内外多家科研机构组成的研究团队,通过对现存及灭绝长臂猿的大规模基因组测序与比较分析,系统阐明了长臂猿科的演化历程、种群动态及其标志性长臂表型的遗传基础,为全球长臂猿的保护行动提供了新的科学见解,相关研究成果日前发表于国际学术期刊《细胞》。
2025-11-12 05:10
加载更多