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中日合作团队观测到超过100万亿电子伏特的伽马射线

天文 | 感谢投递 2021-07-10 469

记者3月2日从中国科学院高能物理研究所获悉,中日合作团队利用我国西藏羊八井ASγ实验阵列在国际上首次发现,距离地球2600光年的超新星遗迹 SNR G106.3+2.7 发射出超过100万亿电子伏特的伽马射线。这些伽马射线可能是被该超新星遗迹中的激波加速到PeV(比地球上人造加速器的最高能量高100倍)的宇宙射线与附近的分子云碰撞产生的。

(左图)我国西藏ASγ实验表面阵列;(右图)中日合作ASγ实验团队在地下增设探测阵列,大大提高了探测伽马射线的灵敏度。

该超新星遗迹成为银河系中的一个候选“拍电子伏特宇宙线加速器”,为解开超高能宇宙射线的起源之谜打开了重要窗口。北京时间今天(3月2日)零时,相关观测结果在顶级学术期刊《自然天文》发表。

自1912年发现宇宙射线以来,超高能宇宙线的起源问题至今未解,是一个世纪之谜。将宇宙射线加速到PeV(比地球上人造加速器的最高能量高100倍)能量的天体源被称为“拍电子伏特宇宙线加速器”(“PeVatron”),并被认为应该存在于银河系中。但是,由于宇宙射线带电荷,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寻找这类加速器。

幸运的是,宇宙射线在其源头被加速后可能与附近的分子云发生碰撞,产生中性π介子,而π介子衰变产生的伽马射线不带电荷,沿直线传播,因此观测到的伽马射线到达方向就是该天体源方向,借此可以寻找这类加速器。

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,由中科院高能物理研究所,中科院国家天文台等国内12个合作单位以及日本东京大学宇宙线研究所等16个日方合作单位组成。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地下缪子水切伦科夫探测器,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,从而大大提高了探测伽马射线的灵敏度。此次,中日合作团队通过2年有效时间观测,测量到了来自上述超新星遗迹方向,超过100万亿电子伏特的超高能伽马射线。

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3/4阵列已经建成并投入观测运行。和ASγ实验阵列相比,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。

(供图:中国科学院高能物理研究所)


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