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“天外来客”来自何方?西藏ASγ实验发现超高能宇宙线加速候选天体

时间:2021年03月05日 编辑:王海清 来源:新华社

  新华社北京3月5日电(徐鹏航)记者日前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,发现超高能宇宙线加速候选天体。这一发现为解开超高能宇宙线的起源之谜打开了重要窗口,相关观测结果近日在《自然·天文》发表。

  对超高能宇宙线来源的探索,一直是困扰科学家们的难题。由于宇宙线带电荷,在传播过程中会受到银河系磁场影响发生偏转,到达地球时方向已经不再指向源头。因此,无法通过宇宙线的方向寻找其源头,超高能宇宙线的起源问题也成了一个谜。

  不过,宇宙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,随后π介子衰变产生伽马射线。由于伽马射线不带电荷,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。这为寻找超高能宇宙线的起源带来了希望。但由于对伽马射线观测的灵敏度、精度不足,此前世界上还没有任何一个实验组找到满足条件的天体。

  此次,科学家通过有效时间长达2年的观测,测量到了来自超新星遗迹G106.3+2.7方向的超过100万亿电子伏特的超高能伽马射线,这些伽马射线可能是被超新星遗迹 G106.3+2.7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)的宇宙线与附近的分子云碰撞产生的。超新星遗迹 G106.3+2.7因此成为银河系中一个候选的“拍电子伏特宇宙线加速器”,为解开超高能宇宙线起源的世纪之谜打开一个宝贵窗口。

  ASγ实验阵列位于海拔4300米的西藏羊八井。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占地4500平方米的创新型地下缪子水切伦科夫探测器,可排除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。

  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观测能量范围更大、灵敏度更高的高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO),有望把宇宙线物理和超高能伽马射线天文研究推进到一个新高度。


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