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

  • 2026中国国际消费电子博览会开幕

  • 国航北京至萨格勒布航线首航成功

独家策划

推荐阅读
草案不仅从法律上承认自动驾驶的合法身份,解决了“它是什么”的问题,还为其设立行为规范,发放“法律身份证”。
2026-09-04 09:17
开学后,一些孩子坐进教室才发现,黑板上的字看不清了,验光后发现近视。有些家长听说OK镜可以“晚上戴、白天摘”,还有助于延缓近视进展,准备给孩子配一副。孩子能不能佩戴OK镜?需要注意什么?
2026-09-04 09:32
据《自然》近日报道,根据9月1日联合国环境规划署(UNEP)发布的一份报告,按照当前的排放趋势,本世纪全球气温将较工业化前水平上升约1.8℃,这已是预期的最好结果。
2026-09-04 09:26
人类对寻找地外生命的执着,不仅是要证明人类并非宇宙“孤儿”,更重要的是,这可能带来能源、医学等领域的颠覆性突破。
2026-09-04 09:16
大地测量是国家安全的“隐形防线”,是航空航天和深空探测的“眼睛”,是国家基础设施建设的“尺子”和“秤”。
2026-09-04 09:17
全面了解我国管辖海域基础地质与海底构造特征,服务自然资源管理和国土空间规划“一张图”建设
2026-09-03 11:41
为更好地推动我国流感疫苗的预防接种,中国疾病预防控制中心近日发布《中国流感疫苗预防接种技术指南(2026—2027)》。
2026-09-03 11:39
高温超导带材有了更便宜、更结实的“骨架”。记者2日从中国科学院理化技术研究所获悉,该所科研团队成功研制出高温超导带材新型“骨架”——铁基合金基带(DW01)。用该基带制备的超导带材关键性能指标显著优于传统哈氏合金基带产品,标志着我国在实现高温超导带材核心材料自主可控上迈出重要一步。
2026-09-03 10:38
每天,我们的大脑都要承受成千上万条信息的狂轰滥炸。如果把这些经历和信息全盘照收,大脑很快就会像塞满垃圾文件的电脑一样“死机”。那么,大脑是如何在信息的海洋中去粗取精,只把最重要的事情存进长期记忆的硬盘呢?
2026-09-03 10:38
9月,昴星团伴月、月掩金星、中秋月、海王星冲日等天象将轮番登场。其中备受大家关注的中秋月,既不是“十五圆”,也不是“十六圆”,而是较罕见的“十七圆”。
2026-09-03 10:38
记者13日从国家管网集团获悉,国内首次成品油长输管道顺序输送甲醇现场试验在陕西省咸阳市顺利完成。这标志着我国成品油管道顺序输送甲醇技术实现从理论探索到工程验证的关键跨越,为跨区域绿色甲醇安全、高效输送提供了完整技术方案与实践示范。
2026-09-03 10:38
张国捷介绍,壁虎是研究性染色体演化得天独厚的类群。为此,研究团队选取了22种壁虎开展基因组学分析,其中20个物种的性别决定机制明确,包含3种环境依赖型、6种XY基因型、11种ZW基因型,另有两个外群物种作为对照。研究还发现,上述17个由基因型性别决定的壁虎物种拥有20条性染色体,这些染色体分别起源于17条不同的祖先染色体。
2026-09-03 10:28
开学第一天,浙江省温州市广场路小学“我的暑期科学发现”发布会现场,孩子们正轮流上场展示自己的暑期探究成果。
2026-09-02 12:09
恒星形成率降到约四成,作为重要“气罐”的中性氢却仍保有七成以上。宇宙为何“有气难成星”?
2026-09-02 12:06
9月1日,以“科技改变生活 创新赢得未来”为主题的2026年全国科普月活动全面启动。
2026-09-02 12:21
今年夏天,全国用电负荷持续高位运行,屡创新高。这份“负荷迎峰值、居民却无感”的反差并非偶然,而是得益于我国电力系统的稳定供应,彰显了我国新型能源体系建设的显著成效。
2026-09-02 12:20
作为装置“心脏”的超导磁体性能,往往决定了这些装置能在冲击极限的路上走多远。通上电流的瞬间,超导线圈要承受巨大电磁力的拉扯。此时,一根看上去不起眼的“金属带子”成了决定“心脏”承受力的关键。
2026-09-02 12:12
随着全球气候变化的加剧,干旱已成为威胁森林生态系统稳定与制约林木生长的主要环境因子。
2026-09-02 10:45
中共中央、国务院日前转发了《中央宣传部、司法部关于开展法治宣传教育的第九个五年规划(2026—2030年)》,标志着全民普法正式开启“九五”的新周期。
2026-09-01 09:42
开学季来临,从近红外光醒脑仪、α脑波音频智慧仪,到加入红光模块的哺光台灯、模拟户外远眺的雾视屏……各类宣称能“醒脑”“护眼”的产品在电商平台热卖。他进一步指出,儿童颅骨厚度、密度与成人差异显著,目前尚无任何一项权威神经科学研究支持健康儿童使用此类设备。
2026-09-01 09:36
加载更多