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中日合作團隊觀測到超過100萬億電子伏特的伽馬射線
記者3月2日從中國科學(xué)院高能物理研究所獲悉，中日合作團隊利用我國西藏羊八井ASγ實驗陣列在國際上首次發(fā)現(xiàn)，距離地球2600光年的超新星遺跡 SNR G106.3+2.7 發(fā)射出超過100萬億電子伏特的伽馬射線。這些伽馬射線可能是被該超新星遺跡中的激波加速到PeV（比地球上人造加速器的最高能量高100倍）的宇宙射線與附近的分子云碰撞產(chǎn)生的。
（左圖）我國西藏ASγ實驗表面陣列；（右圖）中日合作ASγ實驗團隊在地下增設(shè)探測陣列，大大提高了探測伽馬射線的靈敏度。
該超新星遺跡成為銀河系中的一個候選“拍電子伏特宇宙線加速器”，為解開超高能宇宙射線的起源之謎打開了重要窗口。北京時間今天（3月2日）零時，相關(guān)觀測結(jié)果在頂級學(xué)術(shù)期刊《自然天文》發(fā)表。
自1912年發(fā)現(xiàn)宇宙射線以來，超高能宇宙線的起源問題至今未解，是一個世紀之謎。將宇宙射線加速到PeV（比地球上人造加速器的最高能量高100倍）能量的天體源被稱為“拍電子伏特宇宙線加速器”（“PeVatron”），并被認為應(yīng)該存在于銀河系中。但是，由于宇宙射線帶電荷，它們在傳播的過程中會受到銀河系磁場的偏轉(zhuǎn)，到達地球時的方向已經(jīng)不再指向源頭了，因此無法通過宇宙線的方向來尋找這類加速器。
幸運的是，宇宙射線在其源頭被加速后可能與附近的分子云發(fā)生碰撞，產(chǎn)生中性π介子，而π介子衰變產(chǎn)生的伽馬射線不帶電荷，沿直線傳播，因此觀測到的伽馬射線到達方向就是該天體源方向，借此可以尋找這類加速器。
西藏中日合作ASγ實驗位于海拔4300米的西藏羊八井，始建于1989年，由中科院高能物理研究所，中科院國家天文臺等國內(nèi)12個合作單位以及日本東京大學(xué)宇宙線研究所等16個日方合作單位組成。2014年，中日合作ASγ實驗團隊在原有的宇宙線表面陣列的地下增設(shè)了地下繆子水切倫科夫探測器，綜合利用表面和地下探測器陣列的數(shù)據(jù)，可以排除99.92%的宇宙線背景噪聲，從而大大提高了探測伽馬射線的靈敏度。此次，中日合作團隊通過2年有效時間觀測，測量到了來自上述超新星遺跡方向，超過100萬億電子伏特的超高能伽馬射線。
作為西藏羊八井ASγ實驗的后續(xù)項目，我國正在四川稻城建設(shè)大面積高海拔宇宙線觀測站LHAASO，其3/4陣列已經(jīng)建成并投入觀測運行。和ASγ實驗陣列相比，LHAASO的能量范圍和靈敏度要高一個數(shù)量級以上，將把宇宙線物理和超高能伽馬射線天文研究推進到一個新的高度。
（供圖：中國科學(xué)院高能物理研究所）
- 原標題：中外科學(xué)家觀測到超過100萬億電子伏特的伽馬射線
- 責(zé)任編輯: 連政
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