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

  • 福建:守护母亲河 共续闽江情

  • 巴山:美丽春日画卷

独家策划

推荐阅读
我国现已建成省级以上绿色矿山5500余家,绿色矿山建设成为美丽中国建设的生动实践。
2026-04-24 09:53
由中国科学家领衔的国际团队23日宣布,他们成功在超级计算机中构建出一个数字虚拟宇宙,为人类探索宇宙奥秘提供了一份高精度数字导引图谱。
2026-04-24 09:51
从仰望星空到扎根大地,中国航天的故事,正从“飞天”传奇,变成天地互动的日常。
2026-04-24 09:50
近日,国务院新闻办公室举行“新征程上的奋斗者”中外记者见面会,来自科技领域的数位代表分享了自己的故事。
2026-04-24 09:48
近日,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《碳达峰碳中和综合评价考核办法》,并发出通知,要求各地区各部门认真遵照执行。
2026-04-24 09:45
“日出而作、日落而息的传统农耕图景,正在被代码、传感器和无人机重新绘制。”春日里的华中农业大学襄阳书院,校长严建兵对着身旁年轻的面孔说,“对智慧农业而言,广袤的科研一线就是前沿阵地。
2026-04-23 09:41
铈镁嫦娥石是一种新的含稀土磷酸盐矿物,属于三方晶系。据了解,铈镁嫦娥石发现于第一块坠落在我国境内的月球陨石——Pakepake005陨石。目前,铈镁嫦娥石的原型标本和等型标本分别馆藏于中国地质博物馆和中国地质科学院。
2026-04-23 09:40
崇明东滩保护区位于上海市崇明岛的最东端,是东亚—澳大利西亚候鸟迁飞路线上重要的停歇地和越冬地。工作在崇明东滩这片充满生机和希望的土地上,钮栋梁表示倍感使命光荣,责任重大。
2026-04-23 09:39
近日,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于更高水平更高质量做好节能降碳工作的意见》。答:“十四五”以来,各地区、各部门深入贯彻落实党中央、国务院决策部署,认真落实全面节约战略,扎实推进全社会节能降碳,取得显著成效,“十四五”全国能耗强度和碳排放强度降低目标均顺利完成。
2026-04-23 09:39
推动伦理嵌入设计,实现伦理治理的前置化,更是推动人工智能治理范式从被动应对向主动防控、从末端整改向源头管控转型的关键抓手。唯有多措并举,方能真正筑牢人工智能伦理治理的根基,推动人工智能技术在伦理框架内规范、健康、可持续发展,让人工智能更好赋能美好生活。
2026-04-23 09:38
但我们也应该看到,我国的农机生产,尽管数量上去了,在品种的丰富性方面尚嫌不足。实践证明:精准适配的农机,是破解山地农业困境的“金钥匙”,也是农机企业开拓市场的“新空间”。
2026-04-23 09:37
当AI成为企业的核心生产力,工业时代延续百年的科层制必然走向瓦解,一套全新的、适配AI时代的组织规则正在被重新书写。
2026-04-22 14:19
2026年“5·18国际博物馆日”,首都博物馆将推出年度重磅展览——“玉米·黄金·美洲豹:玛雅与安第斯古代文明大展”,约800件珍贵文物将亮相,带观众走进美洲古代文明。
2026-04-22 09:41
中国气象局日前发布首批珍贵一级气象档案名录。中国气象局气象档案馆收藏的“1885—1944年猴矶岛海关气象月总簿”、天津市气象档案馆收藏的“1890—1931年英租界工部局工程处测候所气象统计表”、辽宁省气象档案馆收藏的“1951年中央人民政府人民革命军事委员会气象局全国气象工作会议合影(照片)”等59组气象档案被纳入首批珍贵一级气象档案名录。
2026-04-22 09:40
环节动物是地球上物种最丰富、生态分布最广的动物门类之一。现生的环节动物传统上分为多毛类(如沙蚕和浮蚕)、寡毛类(如蚯蚓)和蛭类(如蚂蟥)。
2026-04-22 09:39
近年来,随着人工智能、机器人等技术的飞快发展,我国自主研发的人形机器人“行者泰山”“天工”“青龙”等频频“破圈”。
2026-04-22 09:31
《报告》展望,未来10年,我国粮食和重要农产品综合生产能力将显著增强,多元化食物供给体系将更加完善,农产品供需将迈向高水平动态平衡新阶段。
2026-04-22 09:29
记者从生态环境部获悉:近日,我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将高精度温室气体综合探测卫星发射进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2026-04-21 10:34
中医药是中国古代科学的瑰宝,凝聚着中华民族几千年来的健康养生理念及实践经验。“十五五”规划明确提出,要“推进中医药传承创新”,法治作为治国理政的基本方式,能够为中医药传承创新提供坚实保障。要充分发挥法治的固根本、稳预期、利长远作用,以高水平法治赋能中医药传承创新,让中医药这一千年瑰宝在时代浪潮中焕发新的生机与活力,为健康中国建设注入强劲动能。
2026-04-21 10:31
当下,春播春管自南向北次第展开,正是决定一年收成的重要时节。广袤田畴上,各地各部门抢抓农时促生产,科技气息漫遍阡陌,一幅生机盎然的春景图全面铺展。向科技要产能,以智慧启春耕,农业新质生产力在田野间落地生势,成为做好春播春管的底气。
2026-04-21 10:29
加载更多