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高海拔宇宙线观测站发现首批拍电子伏加速器和最高能量光子

2021-05-18  点击:[]

近期,国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO在银河系内发现大量超高能宇宙加速器,并记录到能量达1.4拍电子伏的伽马光子(拍=千万亿),这是人类迄今观测到的最高能量光子,突破了人类对银河系粒子加速的传统认知,开启了超高能伽马天文学的时代。此次发现成果于517日发表在Nature自然杂志上,该研究工作由中国科学院高能物理研究所牵头的LHAASO国际合作组完成。在国家重大科技基础设施LHAASO实验中,云南大学研制了国内第一台硅光电倍增管(SiPM)成像探头,同时承担了三大阵列之一广角切伦科夫望远镜(简称WFCTA)的20台成像探头的研制工作。

高海拔宇宙线观测站(LHAASO)是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施,位于四川省稻城县海拔4410米的海子山,占地面积约1.36平方公里,是由5195个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子阵列(简称KM2A)、78000平方米水切伦科夫探测器(简称WCDA)、18台广角切伦科夫望远镜(简称WFCTA)交错排布组成的复合阵列。LHAASO采用这四种探测技术,可以全方位、多变量地测量宇宙线。

该观测站尚在建设中,这次报道的成果是基于已经建成的1/2规模探测装置,在2020年内 11个月的观测数据。科学家发现最高能量的光子来自天鹅座内非常活跃的恒星形成区,还发现了12个稳定伽马射线源,光子能量一直延伸到1 拍电子伏附近,这是位于LHAASO视场内最明亮的一批银河系伽马射线源,测到的伽马光子信号高于背景7倍标准偏差以上,源的位置测量精度优于0.3°。虽然这次使用的数据还很有限,但所有能被LHAASO观测到的源,它们都具有0.1拍电子伏以上的伽马辐射,也叫超高能伽马辐射。这表明银河系内遍布拍电子伏加速器,而人类在地球上建造的最大加速器(欧洲核子研究中心的LHC)只能将粒子加速到0.01拍电子伏。银河系内的宇宙线加速器存在能量极限是个常识,过去预言的极限就在拍电子伏附近,从而预言的伽马射线能谱在0.1 拍电子伏附近会有截断现象, LHAASO的探测结果完全突破了这个极限。这些发现开启了超高能伽马天文观测时代,表明年轻的大质量星团、超新星遗迹、脉冲星风云等是银河系内加速超高能宇宙线的最佳候选天体,有助于破解宇宙线起源这个世纪之谜 LHAASO的探测结果表明,科学家们需要重新认识银河系高能粒子的产生、传播机制,进一步研究极端天体现象及其相关的物理过程,并在极端条件下检验基本物理规律。

2021LHAASO阵列将全部建成,成为国际领先的超高能伽马探测装置,投入长期运行,从多个方面展开宇宙线起源的探索性研究。云南大学将继续投入更多科研人员参与第一手数据的分析工作,期望获取更多原始创新成果。

供稿:物理与天文学院

   编辑:李哲

责任编辑:曾文蕊


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