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中国科学家观测到迄今最高能量光子:改变人类对银河系认知

5月17日消息,从中国科学院高能物理研究所获悉,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,并记录到最高1.4拍电子伏伽马光子(拍=千万亿)。

这是人类观测到的最高能量光子,改变了人类对银河系的传统认知,开启“超高能伽马天文学”时代。

这些发现于2021年5月17日发表在《Nature》(《自然》)。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。

据介绍,高海拔宇宙线观测站尚在建设中,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。

宇宙射线是一些带电粒子,在宇宙中以接近光速的速度飞行。它们的速度如此之快,以至于其中一些粒子所携带的能量十分巨大,例如,比地球上的科学家在大型强子对撞机上加速粒子所能达到的能量值还要高出100倍以上。

中国科学院高能物理研究所称,我们为这种驱动宇宙粒子加速从而成为蕴含极大能量宇宙射线的天体起了一个名字,拍电子伏特宇宙线加速器,即PeVatron。它们在哪里,它们是什么,我们依旧没有答案,但这篇论文为我们提供了一些重要的线索。

不过我们已经可以肯定银河系中存在PeVatron,这些发现让我们离了解高能宇宙射线起源又近了一步。

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