我國(guó)西藏羊八井ASγ實(shí)驗(yàn)表面陣列 中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所供圖
宇宙線是來(lái)自宇宙空間的高能粒子流，它發(fā)現(xiàn)于1912年，一般認(rèn)為其與宇宙的形成、天體的演化、甚至可能與地球歷史上的生物滅絕相關(guān)，被稱為“宇宙飛彈”。但是，宇宙線的起源、特別是能量高達(dá)PeV（1000萬(wàn)億電子伏特）的高能宇宙線的起源卻是未解的世紀(jì)謎題。
中日科學(xué)家在中國(guó)西藏羊八井聯(lián)合進(jìn)行的西藏ASγ實(shí)驗(yàn)取得的最新成果，為揭開(kāi)這個(gè)謎題提供了契機(jī)——觀測(cè)到迄今為止最高能量的彌散伽馬射線輻射，最高能量達(dá)957TeV。該實(shí)驗(yàn)的中方負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員黃晶介紹，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些超高能伽馬射線并沒(méi)有指向已知的低能段伽馬射線源，而是彌漫分布在銀盤上，“這是國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)PeV能量宇宙線源在銀河系中存在的證據(jù)”。
相關(guān)觀測(cè)結(jié)果將于4月5日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上，美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)論這一成果為研究高能宇宙線起源“世紀(jì)之謎”的里程碑。
宇宙線主要由質(zhì)子和其他原子核組成。一般認(rèn)為，宇宙線產(chǎn)生于天體的劇烈活動(dòng)，比如超新星爆發(fā)，然后被“拋”向廣袤星際空間。黃晶說(shuō)：“通常低于幾個(gè)PeV能量的宇宙線被認(rèn)為主要產(chǎn)生于銀河系內(nèi)。能將宇宙線加速到PeV能量的天體，也被稱為‘拍電子伏特宇宙線加速器（PeVatron）’，它究竟在哪里卻并不清楚。根據(jù)理論模型，超新星遺跡、恒星形成區(qū)和銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞等是候選的PeVatrons，但迄今為止并沒(méi)有任何一個(gè)得到觀測(cè)證實(shí)?！?/p>
黃晶解釋，判斷高能宇宙線起源的主要困難在于，帶電的高能宇宙線粒子在銀河系傳播的過(guò)程中，其運(yùn)動(dòng)方向會(huì)被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，無(wú)法通過(guò)直接探測(cè)搜尋其源頭方向。“但是高能宇宙線中含有很少的伽馬射線，它不帶電，能夠沿直線傳播，就可以反推其起源。”黃晶說(shuō)，“但也因?yàn)槠湎∩伲胍业剿卜浅＠щy。”
中日科學(xué)家在西藏羊八井堅(jiān)守30年，終于等到了這難得的“天外來(lái)客”。這次ASγ實(shí)驗(yàn)在銀盤上發(fā)現(xiàn)超高能彌散伽馬射線，其能譜特征與PeV能量宇宙線和銀河系分子云碰撞產(chǎn)生伽馬射線的模型預(yù)言相符。黃晶說(shuō)：“就像是PeVatron在銀河系內(nèi)留下的一串串足跡，是PeVatron存在于銀河系的重要證據(jù)，也就是說(shuō)，高能宇宙線也可能起源于銀河系內(nèi)?！?/p>
科學(xué)家已經(jīng)朝著解開(kāi)高能宇宙線起源的世紀(jì)之謎邁出了重要一步，但還有很多未解的謎題?！氨热缥覀儸F(xiàn)在只知道PeVatron廣泛存在于銀河系中，但它們具體是什么天體、數(shù)量有多少還沒(méi)有定量的分析?！秉S晶說(shuō)，而這些都將是科學(xué)家未來(lái)努力的方向。
?。ㄔd于《光明日?qǐng)?bào)》 2021-04-03 03版 原地址：https://wap.gmdaily.cn/article/p274cd520201b4513b516fb42104153ed）
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