破解高能宇宙線(xiàn)起源之謎，科學(xué)家取得里程碑式突破！

　　4月2日，記者從中國科學(xué)院高能物理研究所召開(kāi)的新聞發(fā)布會(huì )獲悉，利用我國西藏羊八井的ASγ實(shí)驗陣列，中日兩國研究人員觀(guān)測到迄今為止最高能量的彌散伽馬射線(xiàn)輻射，最高能量達957萬(wàn)億電子伏特, 接近1拍電子伏特（1000萬(wàn)億電子伏特）。這些超高能伽馬射線(xiàn)的方向并沒(méi)有指向已知的低能段伽馬射線(xiàn)源，而是彌漫分布在銀盤(pán)上。

　　這是國際上首次發(fā)現拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器（“PeVatron”）在銀河系中存在的證據。研究成果被美國物理學(xué)會(huì )評論為研究高能宇宙線(xiàn)起源“世紀之謎”的里程碑。

　　高能宇宙線(xiàn)從哪里來(lái)？這是一個(gè)世紀之謎，被美國國家研究委員會(huì )列為21世紀11個(gè)最前沿的科學(xué)問(wèn)題之一。

　　所謂宇宙線(xiàn)，是指來(lái)自宇宙空間的高能粒子流，主要由質(zhì)子和其他原子核組成。通常低于幾個(gè)拍電子伏特能量的宇宙線(xiàn)被認為主要產(chǎn)生于銀河系內，而能將宇宙線(xiàn)加速到拍電子伏特能級的天體，被稱(chēng)為拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器。

　　根據理論模型，超新星遺跡、恒星形成區和銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞等都可能是候選的拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器。

　　然而，迄今為止并沒(méi)有任何一個(gè)拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器得到觀(guān)測證實(shí)。

　　“主要是因為宇宙射線(xiàn)帶電荷，它們在傳播的過(guò)程中會(huì )受到銀河系磁場(chǎng)的影響而發(fā)生偏轉，到達地球時(shí)的方向已經(jīng)不再指向源頭了，無(wú)法通過(guò)宇宙線(xiàn)的方向來(lái)尋找這種天體源?！敝锌圃焊吣芩芯繂T黃晶說(shuō)。

　　幸運的是，宇宙射線(xiàn)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，隨后π介子衰變產(chǎn)生能量約為母體宇宙射線(xiàn)能量十分之一的伽馬射線(xiàn)。由于伽馬射線(xiàn)不帶電荷，沿直線(xiàn)傳播，因此觀(guān)測到的伽馬射線(xiàn)到達方向就是該天體源方向，借此可以尋找拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器。

　　判斷一個(gè)天體源是否為拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器，主要有三大依據?！霸撎祗w源發(fā)出的伽馬射線(xiàn)能量是否超過(guò)100萬(wàn)億電子伏特；伽馬射線(xiàn)發(fā)射區與分子云的位置是否一致；能夠排除超高能伽馬射線(xiàn)產(chǎn)生于脈沖星及其風(fēng)云高能電子的可能性?！秉S晶說(shuō)。

　　這次ASγ實(shí)驗在銀盤(pán)上發(fā)現超高能彌散伽馬射線(xiàn)，其能譜特征與拍電子伏特能級宇宙線(xiàn)和銀河系分子云碰撞產(chǎn)生伽馬射線(xiàn)的模型預言相符，就像是拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器在銀河系內留下的一串串“足跡”，是拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器存在于銀河系的重要證據。

　　3月2日，ASγ實(shí)驗發(fā)布了另一個(gè)相關(guān)的重要研究成果：首次發(fā)現超新星遺跡SNR G106.3+2.7方向存在超過(guò)100萬(wàn)億電子伏特的伽馬射線(xiàn)。這些伽馬射線(xiàn)的能量及空間分布特征表明，SNR G106.3+2.7是目前為止在銀河系中發(fā)現的最有可能的拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器候選天體。

　　黃晶表示，綜合起來(lái)，ASγ實(shí)驗的這兩項重要結果，分別從拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器的候選天體和超高能彌散伽馬射線(xiàn)在銀河系內的空間分布結果表明，拍電子伏特宇宙線(xiàn)加速器在銀河系內存在。這一發(fā)現，朝著(zhù)解開(kāi)高能宇宙線(xiàn)起源的世紀之謎邁出了重要一步。

　　2014年，ASγ實(shí)驗團隊在現有65000平方米宇宙線(xiàn)表面陣列下面，增設了有效面積3400平方米的創(chuàng )新型地下繆子水切倫科夫探測陣列，用于探測宇宙線(xiàn)與地球大氣作用產(chǎn)生的繆子。在本項工作中，ASγ實(shí)驗組綜合利用地面和地下探測器陣列的數據，將100萬(wàn)億電子伏特以上的宇宙線(xiàn)背景噪聲壓低到百萬(wàn)分之一，從而極大地提高了伽馬射線(xiàn)探測的靈敏度。這是ASγ實(shí)驗近年來(lái)取得系列重大發(fā)現的關(guān)鍵技術(shù)基礎。

　　據介紹，西藏中日合作ASγ實(shí)驗位于海拔4300米的西藏羊八井，始建于1989年，由中國科學(xué)院高能物理研究所、國家天文臺等國內12個(gè)合作單位以及日本東京大學(xué)宇宙線(xiàn)研究所等16個(gè)日方合作單位參與。


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話(huà)框：
回復【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復【團體定制】，了解最新團體定制活動(dòng)
回復【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復【觀(guān)鳥(niǎo)知識】，學(xué)習觀(guān)鳥(niǎo)相關(guān)科普知識
回復【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情