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科学家发现超高能宇宙线加速候选天体

2021年03月02日 17:00来源:澎湃新闻
责任编辑:第一黄金网
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央视新闻3月2日消息,近日,中日合作团队利用我国西藏羊八井ASγ实验阵列,在国际上首次发现距地球2600光年的超新星遗迹

央视新闻3月2日消息,近日,中日合作团队利用我国西藏羊八井ASγ实验阵列,在国际上首次发现距地球2600光年的超新星遗迹SNR G106.3+2.7 发射出超过100TeV的伽马射线。这些伽马射线可能是被超新星遗迹中的激波加速到PeV(比地球上人造加速器的最高能量高100倍)的宇宙射线与附近的分子云碰撞产生的。这个超新星遗迹因此成为银河系中一个候选的“拍电子伏特宇宙线加速器”,为解开超高能宇宙射线的起源之谜打开了重要窗口。相关观测结果2日在《自然天文》正式发表。

自1912年发现宇宙射线以来,超高能宇宙线的起源问题至今未解,是一个世纪之谜。将宇宙射线加速到PeV能量的天体源被称为“PeVatron”,并被认为应该存在于银河系中。但是,由于宇宙射线带电荷,它们在传播的过程中会受到银河系磁场的偏转,到达地球时的方向已经不再指向源头了,因此无法通过宇宙线的方向来寻找这种超高能量的天体源。

幸运的是,宇宙射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介子衰变产生能量约为母体宇宙射线能量十分之一的伽马射线。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,借此可以寻找“PeVatron”。

中日合作ASγ实验位于海拔4300米的西藏羊八井,始建于1989年。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创新型的地下缪子水切伦科夫探测器(4500㎡),用于探测宇宙线质子与地球大气作用产生的缪子。综合利用表面和地下探测器阵列的数据,可以排除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。此次,中日合作团队通过有效时间2年的观测,测量到了来自SNR G106.3+2.7方向的超过100TeV的超高能伽马射线,发现这些伽马射线的空间分布与附近分子云的分布接近,而与这个区域内存在的脉冲星及其风云关联较弱。对这些观测结果的一个合理解释是:质子在SNR G106.3+2.7附近被激波加速到PeV能区,然后与附近的分子云碰撞产生中性π介子,随后π介子衰变产生超高能伽马射线。这样,G106.3+2.7就成为银河系中一个“PeVatron”候选体,为解开超高能宇宙线起源的世纪之谜打开了一个宝贵的窗口。

(原题为《科学家发现超高能宇宙线加速候选天体》)
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