宇宙線是星際空間中的相對(duì)論性粒子，它貢獻(xiàn)了星際介質(zhì)1/4的能量密度，調(diào)控了星際化學(xué)和恒星形成過(guò)程，同時(shí)也是暗物質(zhì)間接觀測(cè)的重要媒介。但是自宇宙線100多年前被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其起源一直成謎。日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系，天文學(xué)系以及核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室參與的高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）實(shí)驗(yàn)在銀河系中發(fā)現(xiàn)了12個(gè)能把宇宙線加速到1千萬(wàn)億電子伏特（10^15 eV, PeV）以上的加速源，從而為宇宙線起源這一問(wèn)題的解決帶來(lái)了突破性的進(jìn)展。成果以“Detection of Ultra-high Energy Photons up to 1.4 PeV from 12 Gamma-ray Sources”為題發(fā)表于綜合學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）。

在宇宙線起源的研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種觀點(diǎn)和假說(shuō)。一般認(rèn)為，一千萬(wàn)億電子伏特甚至一百億億電子伏特以下能量的宇宙線都應(yīng)該在銀河系內(nèi)被加速，而超新星遺跡（supernova remnants）被認(rèn)為是最可能的一類加速源。但是最新的伽馬射線觀測(cè)以及理論計(jì)算表明，已知的超新星遺跡似乎并不能把宇宙線加速到這么高的能量。因此，尋找PeV宇宙線加速源（PeVatron）就成了宇宙線起源研究中的核心問(wèn)題。另一方面，宇宙線與星際介質(zhì)中其他成分的相互作用會(huì)產(chǎn)生地球上可觀測(cè)的伽馬射線光子。通過(guò)研究伽馬射線源的能譜和空間形態(tài)就有可能認(rèn)證PeV宇宙線加速源。

LHAASO陣列由于其對(duì)超高能伽馬射線前所未有的靈敏度，成為研究這個(gè)問(wèn)題的理想工具。盡管還沒(méi)有完全完成建設(shè)，但一半LHAASO陣列在11個(gè)月的觀測(cè)后已經(jīng)在銀盤上觀測(cè)到了12個(gè)在一百萬(wàn)億電子伏特以上具有7倍標(biāo)準(zhǔn)偏差以上置信度的超高能伽馬射線源(見(jiàn)下圖)。如此高能量的伽馬射線只可能由PeV能量以上宇宙線質(zhì)子或電子與星際介質(zhì)相互作用而產(chǎn)生。這位PeVatron在銀河系中的大量存在提供了直接的證據(jù)。同時(shí)，這也是人類首次在超高能伽馬射線能段探測(cè)到如此多的天體，打開(kāi)了超高能伽馬射線天文學(xué)的新窗口。

隨著LHAASO陣列的建設(shè)完成和持續(xù)曝光，這些源的空間形態(tài)和能譜信息將得到更精準(zhǔn)的測(cè)量，同時(shí)結(jié)合多波段多信使的協(xié)同觀測(cè)（LHAASO觀測(cè)到的其中一個(gè)源LHAASO J1908+0621的多波段研究的例子如下圖），我們將繼續(xù)推進(jìn)對(duì)這些宇宙線源中的宇宙線輻射機(jī)制和加速過(guò)程的研究，從而繼續(xù)推動(dòng)對(duì)宇宙線起源這一基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的理解。

中國(guó)科大物理學(xué)院近代物理系與核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李澄、唐澤波、江琨團(tuán)隊(duì)在LHAASO實(shí)驗(yàn)中負(fù)責(zé)WCDA和KM2A陣列繆子探測(cè)器核心部件——大尺寸光敏探頭的研制，安琪、趙雷、曹喆團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)WCDA陣列的大尺寸光敏探頭讀出電子學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和安裝，天文學(xué)系的楊睿智參與了數(shù)據(jù)分析工作，主持了多波段數(shù)據(jù)的收集和對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的理論解釋工作，并且是論文的通訊作者之一。

國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）”位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，清華大學(xué)等25家國(guó)內(nèi)外單位合作建設(shè)。這次報(bào)道的成果是基于已經(jīng)建成的1/2規(guī)模探測(cè)裝置，在2020年內(nèi)11個(gè)月的觀測(cè)數(shù)據(jù)。研究成果17日在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03498-z

（物理學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、科研部）

新聞鏈接：http://news.ustc.edu.cn/info/1055/75087.htm

延伸閱讀：《中國(guó)高海拔宇宙線觀測(cè)站發(fā)現(xiàn)最高能量光子，開(kāi)啟“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代》

免責(zé)聲明：

  網(wǎng)站內(nèi)容來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，由網(wǎng)絡(luò)編輯負(fù)責(zé)審查，目的在于傳遞信息，提供專業(yè)服務(wù)，不代表本網(wǎng)站平臺(tái)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如因內(nèi)容、版權(quán)問(wèn)題存在異議的，請(qǐng)與我們?nèi)〉寐?lián)系，我們將協(xié)調(diào)給予處理（按照法規(guī)支付稿費(fèi)或刪除），聯(lián)系方式：ahos@aiofm.ac.cn 。網(wǎng)站平臺(tái)將加強(qiáng)監(jiān)控與審核，一旦發(fā)現(xiàn)違反規(guī)定的內(nèi)容，按國(guó)家法規(guī)處理，處理時(shí)間不超過(guò)24小時(shí)。