中日科学家发现迄今最高能量宇宙伽马射线

2019-07-04 09:36:35来源:光明日报

       3日,中日两国科学家同日发布一项成果:中日合作西藏ASgamma实验团队利用我国西藏羊八井ASgamma实验阵列发现了迄今为止最高能量的宇宙伽马射线,这些宇宙伽马射线来自蟹状星云方向,最高能量达450TeV(1TeV即10的12次方电子伏特),比此前国际上正式发表的75TeV的最高能量高出5倍以上。这一发现标志着超高能伽马射线天文观测进入到100TeV以上的观测能段,相关观测结果将于7月下旬作为亮点文章在国际学术刊物《物理评论快报》上发表。
 
       中国科学院高能物理研究所研究员、本实验中方负责人黄晶介绍,此前国际上由德国探测到的最高能量的伽马射线为75TeV。此次ASgamma实验团队发现了24个100TeV以上的伽马射线事例,其中能量最高的约为450TeV。
 
左图:西藏ASgamma实验观测到蟹状星云方向100TeV以上的伽马射线。
 
右图:美国哈勃望远镜观测的蟹状星云图片。
(图片来自于NASA)
 
  科学家们进一步确认,这些最高能量的宇宙伽马射线来自于蟹状星云。蟹状星云是位于金牛座的超新星遗迹,它可能是人类最熟悉的天体了——我国宋朝的天文学家在1054年详细记录了该超新星的爆发现象。现在我们知道,蟹状星云距离地球6500光年左右,其能量来源是位于其中的高速旋转的脉冲星,即蟹状星云脉冲星。蟹状星云在全电磁波段均具有较高的亮度,因此科学家在从射电、光学、X射线直至伽马射线的整个电磁波段对其进行了详细的观测和研究。
 
  黄晶说:“包括伽马射线在内的种种超高能宇宙线的来源,是一个世纪谜题。伽马射线是光子,不带电,不会像其他种类的宇宙线受银河磁场的影响偏转方向。因此,我们能够追溯其源头。”而这一实验观测的进步,将推动人类进一步了解极端粒子加速过程及其发生的极端环境,进而探索极端宇宙。黄晶介绍,超高能量的伽马射线又是由高能带电粒子产生的,了解伽马射线所能达到的最高能量以及这些超高能光子能量的分布,研究产生超高能伽马射线的各种可能天体,都有助于揭示宇宙中极端天体的性质,以及其中的极端天体物理过程和规律。
 
  科学家们也由此推断,蟹状星云可能是“银河系内天然的高能粒子加速器”,与目前世界上最大的人工电子加速器(加速电子最高能量0.2TeV)相比,蟹状星云的电子加速能力至少高了上万倍。
 
  据介绍,我国将继续开展并加强该领域的研究。中国科学院高能物理研究所相关负责人表示,我国正在四川稻城建设ASgamma实验的后续项目——大面积高海拔宇宙线观测站(LHAASO),其部分设备已经建成并投入观测运行。和ASgamma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。此外,在空间探测方面,高能所正在牵头申请“探索极端宇宙”EXU国际合作大科学计划,其综合性能比现有的同类空间探测设备将有大幅度的提升,宇宙线物理和高能伽马射线天文也是该计划的主要科学目标。这些项目的实施以及国内外的其他空间和高山天文台相结合,将对宇宙极端天体和过程开展全天空、全时域、多波段和多信使的立体观测研究,预期实施之后将取得更多和更重大的成果。
 

战略合作伙伴

友情链接