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中日科学家羊八井联手!迄今宇宙最高能量伽玛射线“被捉”

来源:科技日报 作者:赵松山 发布日期:2019-07-04 20:43:29 更新日期:2019-07-04 20:43:29

早在965年前,公元1054年,中国北宋至和元年,中国天文学家发现了金牛座的“客星”(超新星)的爆发,并且详细记录了这次天象。同时,在我们的邻国日本,天文学家也记下了这次天文奇象。可谓千里共“新星”。

2019年7月3日,中日两国科学家分别举行新闻发布会,宣布中日合作团队——西藏ASgamma实验团队利用中国西藏羊八井ASgamma实验阵列,发现了迄今为止最高能量的宇宙伽玛射线,能量高达450 TeV(万亿电子伏特), 比此前已知的75TeV的最高能量还高出5倍以上。

中日合作团队发现的最高能量的伽玛射线,来自著名的蟹状星云方向。而这个蟹状星云就是965年前中日两国天文学家都观测到的超新星爆发留下的遗迹。

更高能量

宇宙线的能量,可以比人工加速的粒子能量更高。目前世界上最大的人工电子加速器加速的电子最高能量为0.2TeV。德国HEGRA切伦科夫望远镜实验组探测到的国际上最高能量的伽玛射线为75TeV。

此次中日科学家不但发现了超过100TeV的伽玛射线,而且最高达到450TeV。

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射线直至伽玛射线的整个电磁波段对其进行了详细的观测和研究。

中科院高能物理所粒子天体物理中心研究员、ASgamma实验发言人黄晶说,西藏羊八井ASgamma实验位于海拔4300米的羊八井。1990年一期阵列建成并开始运行,后来多次升级改造,在银河系宇宙线的探测研究方面做出了一系列重大发现。2014年,中日合作组成员在现有65000平方米宇宙线表面探测阵列的下面,新增加有效面积4200平方米的地下缪子水切伦科夫探测器。利用这种地下缪子水切伦科夫探测器的数据,能够剔除99.92%的宇宙线背景噪声。正是凭借这一探测器,西藏羊八井ASgamma实验成为100TeV以上能区国际上最灵敏的伽玛射线天文台,并因此而测得100TeV以上的伽玛射线。

研究人员认为,这些100TeV以上的伽玛射线可能是更高能量的电子与周围宇宙微波背景辐射光子发生“逆康普顿散射”的结果,而超高能电子、正电子则在蟹状星云的脉冲星风云中产生。由此科学家推断,“蟹状星云”是“银河系内天然的高能粒子加速器”。它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”的电子加速能力高了上万倍。

打开“窗口”

100TeV以上的超高能伽玛射线的发现后,中日合作组将相关的观测结果以论文形式呈现。很快,国际权威的《物理评论快报》决定将于7月下旬把此论文作为亮点文章在该杂志发表。

6月13日,ASgamma实验发言人黄晶接到了《物理评论快报》编辑部的接收论文通知。3个小时之后,就有国外媒体给她打电话,要求对这一重大科技成果做专题采访。其速度之快,令黄晶吃惊。

原来,《物理评论快报》有个习惯,会将即将发表的论文的摘要提前放到网站上。敏锐的国外记者发现后,即开始寻求采访。

到现在,虽然论文还没有正式公布,项目组成员也没有接受媒体采访,但这个成果已为业界广泛知晓,并引起国际科技界的关注。德国著名的HESS实验组发言人Prof. Aharonian就对这一成果给予高度评价,认为这是一个非常非常重要的结果。

发现100TeV以上的超高能伽玛射线,被认为是打开了探索极端宇宙问题的新窗口。

“电子为什么能加速到如此高的能量?此成果对这一领域的理论提出了挑战。”南京大学教授陈阳说,它可能与条纹状脉冲星风中的磁重联有关。可以说,它是揭开宇宙线起源之谜途中的一个里程碑。中科院高能物理所研究员张双南也认为,对于这一成果,学术界还需要“消化”,还需要用理论模型进一步解释。