國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）”精確測(cè)量了高能天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)燭光的亮度，覆蓋3.5個(gè)量級(jí)的能量范圍，為超高能伽馬光源測(cè)定了新標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)燭光就是由宋朝的司天監(jiān)發(fā)現(xiàn)并記錄的“客星”經(jīng)千年演化而形成的著名天體——蟹狀星云。這次觀測(cè)還記錄到能量達(dá)1.1拍電子伏（拍=千萬(wàn)億）的伽馬光子，由此確定在大約僅為太陽(yáng)系1/10大小的（約5000倍日地距離）星云核心區(qū)內(nèi)存在能力超強(qiáng)的電子加速器，加速能量達(dá)到了人工加速器產(chǎn)生的電子束的能量（歐洲核子研究中心大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)LEP）兩萬(wàn)倍左右，直逼經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)和理想磁流體力學(xué)理論所允許的加速極限。相關(guān)結(jié)果于美國(guó)東部時(shí)間7月8日在《科學(xué)》（Science）上發(fā)表，由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的LHAASO國(guó)際合作組完成。
蟹狀星云距離地球約6500光年，誕生于公元1054年的一次超級(jí)明亮的超新星爆發(fā)，這是現(xiàn)代天文學(xué)中第一個(gè)被證認(rèn)的具有清晰歷史觀測(cè)記錄的超新星遺跡，其中心有一顆以每秒鐘30圈快速旋轉(zhuǎn)的脈沖星。高速旋轉(zhuǎn)的超強(qiáng)磁場(chǎng)將脈沖星表面磁層中的大量正負(fù)電子持續(xù)不斷地吹向四周，形成一股速度近乎光速的強(qiáng)勁星風(fēng)。星風(fēng)中的電子與外部介質(zhì)碰撞后會(huì)被進(jìn)一步加速至更高能量并產(chǎn)生我們看到的星云。蟹狀星云是為數(shù)極少的在射電、紅外、光學(xué)、紫外、X射線和伽馬射線波段都有輻射的天體，歷史上對(duì)其光譜已經(jīng)進(jìn)行了大量的觀測(cè)研究，是非常明亮且穩(wěn)定的高能輻射源，因此在多個(gè)波段它被作為標(biāo)準(zhǔn)燭光，也即是測(cè)量其它天體輻射強(qiáng)度的標(biāo)尺。
LHAASO測(cè)量了蟹狀星云輻射的最高能量端能譜，覆蓋了從0.0005到1.1拍電子伏寬廣的范圍，不但確認(rèn)了此范圍內(nèi)其他實(shí)驗(yàn)幾十年的觀測(cè)結(jié)果，還實(shí)現(xiàn)了前所未有的超高能區(qū)（0.3-1.1拍電子伏）的精確測(cè)量，這為該能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)燭光設(shè)定了亮度標(biāo)準(zhǔn)。
在LHAASO此前發(fā)現(xiàn)的12顆超高能伽馬光源中，蟹狀星云是兩個(gè)具有拍電子伏光子發(fā)射能力的光源之一，同時(shí)也是唯一明確了輻射源的天體。而此次測(cè)到1.1拍電子伏光子，提供了2.3拍電子伏電子加速器存在的直接觀測(cè)證據(jù)，這比人類(lèi)在地球上建造的最大的電子加速器LEP（歐洲核子研究中心的LHC前身）產(chǎn)生的電子束的能量高兩萬(wàn)倍左右。因?yàn)樵礁吣艿碾娮釉饺菀自诖艌?chǎng)中損失能量，蟹狀星云內(nèi)的粒子加速機(jī)制必須具有驚人效率才能克服這些電子的能量損失。據(jù)LHAASO的測(cè)量結(jié)果推算，其加速效率竟達(dá)到理論極限的15%，比超新星爆發(fā)產(chǎn)生的爆震波的加速效率高約一千倍，挑戰(zhàn)了高能天體物理中電子加速的“標(biāo)準(zhǔn)模型”。文章對(duì)此進(jìn)行了深入的理論分析和討論。
LHAASO是以宇宙線觀測(cè)研究為核心的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，占地面積約1.3平方公里，是由5195個(gè)電磁粒子探測(cè)器和1188個(gè)繆子探測(cè)器組成的一平方公里地面簇射粒子陣列、78000平方米水切倫科夫探測(cè)器陣列以及18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡交錯(cuò)排布組成的復(fù)合陣列。LHAASO采用這四種探測(cè)技術(shù)，可以全方位、多變量、立體地測(cè)量宇宙線或伽馬射線在大氣層中的反應(yīng)，并重建它們的基本信息。這次報(bào)道的成果充分體現(xiàn)了LHAASO獨(dú)特的多種探測(cè)手段相互交叉檢驗(yàn)的能力，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。LHAASO將于2021年7月建成并投入科學(xué)運(yùn)行，預(yù)期每年可以記錄到1~2個(gè)來(lái)自蟹狀星云的拍電子伏光子。未來(lái)幾年內(nèi)，更多關(guān)于拍電子伏粒子加速的奧秘將被揭開(kāi)。
蟹狀星云伽馬射線能譜圖
高海拔宇宙線觀測(cè)站