3月2日凌晨，國際知名學術期刊《自然-天文》發(fā)表了中日合作團隊利用我國西藏羊八井ASγ實驗陣列獲得的一項重要發(fā)現(xiàn)：在國際上首次發(fā)現(xiàn)距地球2600光年的超新星遺跡SNR G106.3+2.7所發(fā)射出的超過100 TeV（100萬億電子伏特）的伽馬射線。 這些伽馬射線可能是被SNR G106.3+2.7中的激波加速到PeV（拍電子伏特）的宇宙射線（主要成分為質子）與附近的分子云碰撞所產生的。SNR G106.3+2.7因此成為銀河系中一個候選的“拍電子伏特宇宙線加速器”（PeVatron），這為解開超高能宇宙射線的起源之謎打開了重要窗口。
自1912年宇宙射線發(fā)現(xiàn)以來，超高能宇宙線的起源問題至今未解，已成為一個世紀之謎。將宇宙射線加速到PeV能量的天體源被稱為“PeVatron”，這一能量比地球上人造加速器的最高能量要高出100倍。
宇宙學家認為，這種天體應該就存在于銀河系中。但由于宇宙射線帶電荷，它們在傳播過程中會受到銀河系磁場的偏轉，待它們到達地球時，其方向早已不再指向源頭，因此人類無法通過宇宙線的到達方向來尋找PeVatron。幸運的是，在其“出生地”被加速后，宇宙射線可能與附近的分子云發(fā)生碰撞，從而產生中性π介子，隨后π介子衰變產生能量約為母體宇宙射線能量十分之一的伽馬射線（這類伽馬射線被稱為是“強子起源”）。由于伽馬射線不帶電荷，沿直線傳播，因此觀測到伽馬射線的到達方向就是該天體源方向，科學家借此可以尋找到PeVatron所在地。
據(jù)介紹，判斷一個天體源是否是宇宙線PeVatron，主要有三條判據(jù)：該天體源發(fā)出的伽馬射線能量超過100 TeV；伽馬射線發(fā)射區(qū)與分子云的位置一致；能夠排除超高能伽馬射線產生于脈沖星及其風云高能電子的可能性，即排除“輕子起源”。
此前，世界上還沒有任何一個實驗組找到同時滿足以上三個條件的天體。西藏中日合作ASγ實驗位于海拔4300米的西藏羊八井，始建于1989年。2014年，中日實驗團隊在原有的宇宙線表面陣列的地下增設了創(chuàng)新型的地下繆子水切倫科夫探測器——綜合利用表面和地下探測器陣列的數(shù)據(jù)，可以排除99.92%的宇宙線背景噪聲，從而大大提高了探測伽馬射線的靈敏度。
此次，中日合作團隊通過有效時間兩年的觀測，測量到了來自SNR G106.3+2.7方向的超過100TeV的超高能伽馬射線，發(fā)現(xiàn)這些伽馬射線的空間分布與附近分子云的分布接近，而與這個區(qū)域內存在的脈沖星及其風云關聯(lián)較弱。
對這些觀測結果的一個合理解釋是：質子在SNR G106.3+2.7附近被激波加速到PeV能區(qū)，然后與附近的分子云碰撞產生中性π介子，隨后π介子衰變產生超高能伽馬射線。這樣，G106.3+2.7就成為銀河系中一個PeVatron候選體，為解開超高能宇宙線起源的世紀之謎打開了一個寶貴的窗口。
?。ㄔd于《文匯報》 2021-03-02 07版）
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