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动科普|西藏ASγ实验发现破解宇宙线源“世纪之谜”的新证据

来源:光明网2021-04-02 16:38

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  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。

动科普|西藏ASγ实验发现破解宇宙线源“世纪之谜”的新证据

 

  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。

动科普|西藏ASγ实验发现破解宇宙线源“世纪之谜”的新证据

  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。

动科普|西藏ASγ实验发现破解宇宙线源“世纪之谜”的新证据

  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

 

[ 责编:蔡琳 ]
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