中日两国利用西藏羊八井的ASγ实验阵列,观测到迄今为止最高能量的弥散伽马射线辐射,这是人类首次发现银河系超高能宇宙线源存在证据。

北京时间4月2日,据《科技日报》报道,从中国科学院高能物理研究所召开的新闻发布会获悉,利用中国西藏羊八井的ASγ实验阵列,中日两国研究人员观测到迄今为止最高能量的弥散伽马射线辐射,最高能量达957万亿电子伏特,接近1拍电子伏特(1,000万亿电子伏特)。这些超高能伽马射线的方向并没有指向已知的低能段伽马射线源,而是弥漫分布在银盘。

报道称,这是国际上首次发现拍电子伏特宇宙线加速器(“PeVatron”)在银河系中存在的证据。研究成果被美国物理学会评论为研究高能宇宙线起源“世纪之迷”的里程碑。

所谓宇宙线,是指来自宇宙空间的高能粒子流,主要由质子和其他原子核组成。通常低于几个拍电子伏特能量的宇宙线被认为主要产生于银河系内,而能将宇宙线加速到拍电子伏特能级的天体,被称为“拍电子伏特宇宙线加速器”。

根据理论模型,超新星遗迹、恒星形成区和银河系中心的超大质量黑洞等都可能是候选的“拍电子伏特宇宙线加速器”。

然而,迄今为止并没有任何一个“拍电子伏特宇宙线加速器”得到观测证实。

“主要是因为宇宙射线带电荷,它们在传播的过程中会受到银河系磁场的影响发生偏转,到达地球时的方向已经不再指向源头了,无法通过宇宙线的方向来寻找这种天体源。”中科院高能所研究员黄晶说。

这次ASγ实验在银盘上发现超高能弥散伽马射线,其能谱特征与拍电子伏特能级宇宙线和银河系分子云碰撞产生伽马射线的模型预言相符,就像是 “拍电子伏特宇宙线加速器” 在银河系内留下的一串串“足迹”,是“拍电子伏特宇宙线加速器”存在于银河系的重要证据。

此前3月2日,ASγ实验还发布了另一个相关的重要研究成果,首次发现超新星遗迹 SNR G106.3+2.7 方向存在超过100万亿电子伏特的伽马射线。这些伽马射线的能量及空间分布特征表明 SNR G106.3+2.7是目前为止在银河系中发现的最可能的 “拍电子伏特宇宙线加速器”候选天体。

黄晶表示,综合起来,ASγ实验的这两项重要结果,分别从“拍电子伏特宇宙线加速器”的候选天体和超高能弥散伽马射线在银河系内的空间分布结果表明,拍电子伏特宇宙线加速器在银河系内存在。这一发现,朝着解开高能宇宙线起源的世纪之谜迈出的重要一步。

据介绍,西藏中日合作ASγ实验位于海拔4,300米的西藏羊八井,始建于1989年,由中国科学院高能物理研究所、中国天文台等中国国内12个合作单位以及日本东京大学宇宙线研究所等16个日方合作单位参与。

针对这一里程碑发现,有网友做了一个的简单解释(仅供参考):

高能宇宙线:一种速度很快能量很高的射线,就像从远处开来一辆速度180码的碰碰车。

根本问题:人类想知道这辆车是从哪来的,是黑洞还是超新星?换句话说是想找到“碰碰车生产厂”。

困难:但是碰碰车会拐弯,见到它的时候已经变向过了,没办法从车的方向反推它的来历。

解决办法:所以科学家想到一个办法,碰碰车开出来之后会(按照某种规矩)把正前方的路障撞飞,这个飞过来的东西不会变向,只要观测它撞飞出来的东西即可。

成果:这次找到了飞过来的路障,而且和之前推测的“碰碰车撞击”情况符合。有助于找到“碰碰车生产厂”。

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