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揭宇宙线发源之谜里程碑:最强宇宙伽马射线拜访地球

揭宇宙线劈头之谜里程碑:最强宇宙伽马射线造访地球

  左图西藏羊八井科学成就消息宣布会现场。

  记者沈慧摄

  西藏羊八井,海拔4300多米的雪域高原,全球成功网,坐落着一处国际宇宙线视察站——ASgamma尝试阵列。在这里,一个个隐秘的“白盒子”,日复一日悄悄等待着,以便万里之外的“客人”们随时拜访。年华不负情深。克日,迄今人类已知最高能量来自宇宙的光子——伽马射线达到地球,被隐秘的“白盒子”乐成捕捉,引人等候。

  日前,由中国科学院高能物理研究所和日本东京大学宇宙线研究所配合主持的西藏羊八井ASgamma尝试团队公布:一些迄今人类已知来自宇宙的最高能量光子——伽马射线达到地球,能量高出100TeV(eV:电子伏特,是能量的单元,代表一个电子颠末1伏特的电位差加快后所得到的动能。TeV暗示万亿电子伏特,1TeV即10的12次方电子伏特),最高达450TeV,比此前国际上正式颁发的最高能量高5倍以上。相干论文已被《物理评述快报》选举为高亮点论文,并将于7月下旬正式在线颁发。这一地球之外的隐秘未知超高能量的光力气,来自何方,又有何机密?经济日报记者就此采访了该尝试团队的相干专家。

  来自外太空的宇宙线

  1912年,奥地利物理学家维克托·赫斯带着本身计划的仪器,乘坐热气球,飞上了5300米的天空。由于这次斗胆而猖獗的尝试,这位科学家发明白一种来自地球外的“隐秘力气”——宇宙线,它们天天都像雨一样落在地球上,密密麻麻,悄无声气。

  其后,科学家们发明宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流。可到底是什么加快源头让宇宙线可以或许加快到云云高能量,并以靠近光速射向地球?100多年已往了,宇宙线的发源还是未解之谜。今朝科学界广泛以为,在银河系首要有几种加快源头,好比超新星遗迹、黑洞、脉冲星风云等。

  这次视察到到临地球的“嘉宾”,经科学家说明晰认,来自台甫鼎鼎的蟹状星云。蟹状星云间隔地球6500光年阁下,是位于金牛座的超新星遗迹。在望远镜中,这片星云形如一只横爬的螃蟹而得名,因其在全电磁波段均具有较高亮度而备受存眷。它的能量来历则是位于个中的高速旋转的脉冲星,即蟹状星云脉冲星。

  早在公元1054年,北宋天文学家就具体记录了一次超新星发作变乱。而本次科学家发明的宇宙伽马射线,就是来自该超新星发作留下的遗迹——蟹状星云。

  向着科学的岑岭不绝攀缘,连年来,科学家已经从射电、光学、X射线直至伽马射线的整个电磁波段,对蟹状星云开展了具体的视察和研究。可是,跟着光子能量的增进,蟹状星云的光子流强越来越低,数目越来越少,视察也越来越坚苦。此次新发明的超高能伽马射线由此更显名贵。

  “通过监测超高能伽马射线,揣度其加快能量来历,可以进一步相识宇宙天体的发源和演化。”南京大学天文与空间科学学院传授陈阳暗示。

  迄今最高能伽马射线

  一样平常来讲,绝大部门宇宙线是带电粒子,在银河系磁场中撒播时会产生偏转,这是因为它们的抵达偏向并不代表其加快源头的真实位置。既然云云,何故鉴定此次新发明的宇宙伽马射线源自大名鼎鼎的蟹状星云?

  原本,达到地球外貌的那些八门五花的宇宙线,99%以上是带电粒子,但宇宙伽马射线却是个非凡的存在:伽马射线呈电中性,不受磁场偏转,能直指其发生的源头。鉴于此,科学家们抉择通过调查不带电不会偏转的中性粒子——伽马射线,来研究它的加快源头。“超高能量的伽马射线是由高能带电粒子发生的,其视察是研究高能带电粒子加快进程及其产生的极度情形的奇异途径,是试探极度宇宙的重要探针之一。”陈阳说。

  不外,探测伽马射线也非易事。按照中国科学院高能物理研究所研究员黄晶的说法,超高能伽马射线的流强太低,不到平凡宇宙线的1%,并且全都沉没在宇宙线的配景中了。“但超高能量的伽马射线在颠末大气层时,会与大气浸染发生氛围簇射,跟着大气深度的增进,簇射会存在一个成长和灭亡的进程。”操作这一征象,科学家们将视察站建在了海拔4300多米的西藏羊八井地域。

  “羊八井的高度和大气勾当异常有利于做宇宙线因素和能谱的丈量,尤其是100TeV级以上的超高能宇宙线。由于,海拔高地域大气的掩蔽浸染小,更得当探测伽马射线发生的簇射,有利于捕获伽马射线。”黄晶表明。

  此前,国际上探测到的最高能量伽马射线为75TeV,由德国的切伦科夫望远镜HEGRA尝试组视察到。有部门物理理论以为,伽马射线不行能加快到100TeV以上。颠末几十年僵持不懈全力,此次,中日相助ASgamma尝试团队发明白24个100TeV以上的伽马射线事例,超出宇宙线配景5.6倍尺度毛病。个中,能量最高的高达450TeV。这一发明,符号着人类对超高能伽马射线的天文视察初次进入到100TeV以上的视察能段。物理学家们以为,该成就是人类“揭开宇宙线发源之谜途中的一个里程碑”。

  “这些100TeV以上的伽马射线,也许是更高能量的电子与周围宇宙微波配景辐射光子产生逆康普顿散射的功效。而超高能电子、正电子则在蟹状星云的脉冲星风云中发生。正是这些超高能的电子赋予伽马射线能量,让这些伽马射线加快到100TeV以上,达到地球并被我们尝试所视察到。”由此,黄晶等人揣度,蟹状星云是“银河系内自然的高能粒子加快器”,与今朝天下上最大的人工电子加快器(加快电子最高能量0.2TeV)对比,它的电子加快手段至少高了上万倍。

  “利器”进级助力科学发明

  本次重大天文征象的发此刻科学界引起很大回声。这个成就与西藏羊八井ASgamma尝试的30年不懈僵持有着密不行分的相关。西藏羊八井ASgamma尝试位于海拔4300多米的西藏羊八井地域,1990年一期阵列建成并开始运行。后多次进级改革,在银河系宇宙线的探测研究方面,做出了一系列重大发明。

  2014年,相助构成员在现有6.5万平方米宇宙线外貌探测阵列下面,新增进了有用面积达3400平方米的地下缪子水切伦科夫探测器。外貌探测阵列首要用来探测宇宙线氛围簇射的次级带电粒子;地下缪子水切伦科夫探测器阵列则首要用来探测次级粒子中的缪子数量。由此,西藏羊八井ASgamma尝试可剔除99.92%的宇宙线配景噪声,从而获得超高能量的伽马射线。正是依附新开拓的这个埋在地下2.5米深处的新探测器,西藏羊八井ASgamma尝试得以成为100TeV以上能区国际上最迅速的伽马射线天文台,并因此初次实现100TeV以上伽马射线的视察。

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