动科普｜西藏ASγ实验发现破解宇宙线源“世纪之谜”的新证据

　　近日，中日合作西藏ASγ实验观测到迄今为止最高能量的弥散伽马射线辐射，最高能量达957TeV，接近1PeV，即1000万亿电子伏特。这些超高能伽马射线的方向并没有指向已知的低能段伽马射线源，而是弥漫分布在银盘上。这是国际上首次发现“拍电子伏特宇宙线加速器”在银河系中存在的证据。该结果被美国物理学会评论为研究高能宇宙线起源“世纪之谜”的里程碑。相关观测结果将于4月5日在美国《物理评论快报》正式发表并被作为高亮点论文加以推荐。

　　西藏ASγ实验团队观测到的超高能弥散伽马射线事例在银道坐标系下的分布。这些超高能弥散伽马射线的能量在 400 TeV到 1 PeV 之间，表现出向银盘（图中水平中线）集中分布的特点。灰色阴影区域是ASγ实验无法观测的区域。背景色轮廓显示了银河系坐标中氢原子的分布

　　宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流，主要由质子和其他原子核组成，能量跨越11个数量级。自1912年宇宙线发现以来，高能宇宙线的起源问题至今未解，已成为一个“世纪之谜”。宇宙线携带着宇宙起源、天体演化、空间环境等宇观信息。宇宙线观测研究是人类探索宇宙的最重要手段之一。

　　通常，低于几个PeV能量的宇宙线，被认为主要产生于银河系内，而能将宇宙线加速到PeV能量的天体，也被称为“拍电子伏特宇宙线加速器”。根据理论模型，超新星遗迹、恒星形成区和银河系中心的超大质量黑洞等，都是候选的“拍电子伏特宇宙线加速器”，但迄今为止并没有任何一个“拍电子伏特宇宙线加速器”得到观测证实。因为带电的高能宇宙线粒子，在银河系传播的过程中，运动方向会被磁场偏转，待它们到达地球时，其方向早已不再指向源头。

　　幸运的是，高能宇宙线在传播过程中与星际介质碰撞，可以产生能量约为宇宙线母粒子能量十分之一的高能伽马射线。高能伽马射线不带电，沿直线传播，因此观测到伽马射线的到达方向，就是该天体源方向。科学家借此可以寻找到“拍电子伏特宇宙线加速器”所在地。

　　这次ASγ实验在银盘上发现超高能弥散伽马射线，其能谱特征与PeV能量宇宙线和银河系、分子云碰撞产生伽马射线的模型预言相符，就像是“拍电子伏特宇宙线加速器”在银河系内留下的一串串“足迹”，是拍电子伏特宇宙线加速器存在于银河系的重要证据，也是朝着解开高能宇宙线起源的“世纪之谜”迈出的重要一步。

　　白色的盒子是西藏ASγ实验表面阵列的单元探测器

　　西藏ASγ实验位于西藏羊八井，海拔4300米，始建于1989年，1995年被美国《科学》杂志列为中国的25个科研基地之一。2014年，西藏ASγ实验完成重大升级改造。实验团队由28个研究机构所属的91名研究人员组成。实验核心科学目标是探索银河宇宙线的起源、传播和加速，并开展相关的高能辐射、天体演化、邻近宇宙线源及暗物质等方面的研究。

　　监　制：战　钊 宋雅娟

　　记　者：张梦凡

　　制　作：肖春芳

　　出　品：光明网科普事业部