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西藏羊八井實驗發現迄今最高能量宇宙伽瑪射線

2019-07-21 11:38IT之家 / 奇點/實習

IT之家7月3日消息 據中國科學院消息稱,中日合作實驗團隊近日利用我國西藏羊八井ASgamma實驗陣列發現了迄今為止最高能量的宇宙伽瑪射線,這些宇宙伽瑪射線來自蟹狀星雲方向,能量高達450 TeV,比此前國際上正式發表的75TeV的最高能量高出5倍以上。這标志着超高能伽瑪射線天文觀測進入到100 TeV以上的觀測能段。

蟹狀星雲是位于金牛座的著名超新星遺迹,1054年我國宋朝的天文學家詳細記錄了該超新星爆發現象,距離地球6500光年左右,其能量來源是位于其中的高速旋轉的脈沖星,即蟹狀星雲脈沖星。蟹狀星雲在全電磁波段均具有較高的亮度,因此科學家在從射電、光學、X射線直至伽瑪射線的整個電磁波段對其進行了詳細的觀測和研究。但是,随着光子能量的增加,光子流強越來越低,觀測也越來越困難。此前,國際上探測到的最高能量的伽瑪射線為75TeV,是德國的HEGRA切倫科夫望遠鏡實驗組觀測到的。此次中日合作團隊發現了24個100 TeV以上的伽瑪射線事例,超出宇宙線背景5.6倍标準偏差,其中能量最高的約為450 TeV。

研究人員認為,這些100TeV以上的高能光子可能是更高能量的電子與周圍宇宙微波背景輻射光子發生“逆康普頓散射”的結果,而超高能電子、正電子則在蟹狀星雲的脈沖星風雲中産生。由此可以推斷,“蟹狀星雲”是“銀河系内天然的高能粒子加速器”,與目前世界上最大的人工電子加速器(加速電子最高能量0.2TeV)相比,“蟹狀星雲”的電子加速能力至少高了上萬倍。

非光子成份的宇宙線是帶電粒子,在銀河系磁場中會發生偏轉,因此它們的抵達方向并不代表其加速源頭的真實位置。伽瑪射線光子是電中性的,不受磁場偏轉,能直指其産生的源頭,而超高能量的伽瑪射線又是由高能帶電粒子産生的。因此,超高能伽瑪射線觀測是研究這些極端粒子加速過程及其發生的極端環境的獨特途徑,是探索極端宇宙的重要探針之一。了解伽瑪光子所能達到的最高能量以及這些超高能光子能量的分布,研究産生超高能伽瑪射線光子的各種可能天體,有助于揭示宇宙中極端天體的性質,以及其中的極端天體物理過程和規律。

西藏羊八井ASgamma實驗位于海拔4300米的西藏羊八井,1990年一期陣列建成并開始運行,後來多次升級改造,在銀河系宇宙線的探測研究方面做出了一系列重大發現。2014年,合作組成員在現有65000平方米宇宙線表面探測陣列下面新增加有效面積4200平方米的地下缪子水切倫科夫探測器,利用這種地下缪子水切倫科夫探測器的數據,能夠剔除99.92%的宇宙線背景噪聲。合作組正是憑借地下水切倫科夫缪子探測器,使得西藏羊八井ASgamma實驗成為100TeV以上能區國際上最靈敏的伽瑪射線天文台,并因此測得本次100TeV伽瑪射線,後續的運行還有望發現更多的超高能伽瑪射線源。

編輯:樂樂

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