近日,中日合作團隊利用我國西藏羊八井ASγ實驗陣列,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 發(fā)射出超過100TeV的伽馬射線。這些伽馬射線可能是被超新星遺跡中的激波加速到PeV(比地球上人造加速器的最高能量高100倍)的宇宙射線與附近的分子云碰撞產(chǎn)生的。這個超新星遺跡因此成為銀河系中一個候選的“拍電子伏特宇宙線加速器”,為解開超高能宇宙射線的起源之謎打開了重要窗口。相關觀測結果2日在《自然天文》正式發(fā)表。
自1912年發(fā)現(xiàn)宇宙射線以來,超高能宇宙線的起源問題至今未解,是一個世紀之謎。將宇宙射線加速到PeV能量的天體源被稱為“PeVatron”,并被認為應該存在于銀河系中。但是,由于宇宙射線帶電荷,它們在傳播的過程中會受到銀河系磁場的偏轉,到達地球時的方向已經(jīng)不再指向源頭了,因此無法通過宇宙線的方向來尋找這種超高能量的天體源。
幸運的是,宇宙射線在其源頭被加速后可能與附近的分子云發(fā)生碰撞,產(chǎn)生中性π介子,隨后π介子衰變產(chǎn)生能量約為母體宇宙射線能量十分之一的伽馬射線。由于伽馬射線不帶電荷,沿直線傳播,因此觀測到的伽馬射線到達方向就是該天體源方向,借此可以尋找“PeVatron”。
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,中日合作ASγ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(4500㎡),用于探測宇宙線質子與地球大氣作用產(chǎn)生的繆子。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2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(nèi)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(chǎn)生中性π介子,隨后π介子衰變產(chǎn)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。
(源自央視新聞客戶端2021年03月02日版 原地址:http://m.news.cctv.com/2021/03/02/ARTIaoalylCPB5CeDw1yaW6P210302.shtml)
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