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揭宇宙线起源之谜里程碑:最强宇宙伽马射线造访地球

 2019-07-11 14:05 来源:中华视界网 编辑:zhsj01 点击量:126

    堪称揭开宇宙线起源之谜的里程碑——

    最强宇宙伽马射线造访地球

    经济日报·中国经济网记者 沈 慧 实习生 程曼诗

    

    左图 西藏羊八井科学成果新闻发布会现场。

    本报记者 沈 慧摄

    西藏羊八井,海拔4300多米的雪域高原,坐落着一处国际宇宙线观测站——ASgamma实验阵列。在这里,一个个神秘的“白盒子”,日复一日静静守候着,以便万里之外的“客人”们随时造访。时光不负情深。近日,迄今人类已知最高能量来自宇宙的光子——伽马射线到达地球,被神秘的“白盒子”成功捕获,引人期待。

    日前,由中国科学院高能物理研究所和日本东京大学宇宙线研究所共同主持的西藏羊八井ASgamma实验团队宣布:一些迄今人类已知来自宇宙的最高能量光子——伽马射线到达地球,能量超过100TeV(eV:电子伏特,是能量的单位,代表一个电子经过1伏特的电位差加速后所获得的动能。TeV表示万亿电子伏特,1TeV即10的12次方电子伏特),最高达450TeV,比此前国际上正式发表的最高能量高5倍以上。相关论文已被《物理评论快报》推选为高亮点论文,并将于7月下旬正式在线发表。这一地球之外的神秘未知超高能量的光力量,来自何方,又有何奥秘?经济日报记者就此采访了该实验团队的相关专家。

    来自外太空的宇宙线

    1912年,奥地利物理学家维克托·赫斯带着自己设计的仪器,乘坐热气球,飞上了5300米的天空。因为这次大胆而疯狂的实验,这位科学家发现了一种来自地球外的“神秘力量”——宇宙线,它们每天都像雨一样落在地球上,密密麻麻,悄无声息。

    后来,科学家们发现宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流。可到底是什么加速源头让宇宙线能够加速到如此高能量,并以接近光速射向地球?100多年过去了,宇宙线的起源仍是未解之谜。目前科学界普遍认为,在银河系主要有几种加速源头,比如超新星遗迹、黑洞、脉冲星风云等。

    这次观测到莅临地球的“贵客”,经科学家分析确认,来自大名鼎鼎的蟹状星云。蟹状星云距离地球6500光年左右,是位于金牛座的超新星遗迹。在望远镜中,这片星云形如一只横爬的螃蟹而得名,因其在全电磁波段均具有较高亮度而备受关注。它的能量来源则是位于其中的高速旋转的脉冲星,即蟹状星云脉冲星。

    早在公元1054年,北宋天文学家就详细记录了一次超新星爆发事件。而本次科学家发现的宇宙伽马射线,就是来自该超新星爆发留下的遗迹——蟹状星云。

    向着科学的高峰不断攀登,近年来,科学家已经从射电、光学、X射线直至伽马射线的整个电磁波段,对蟹状星云开展了详细的观测和研究。但是,随着光子能量的增加,蟹状星云的光子流强越来越低,数量越来越少,观测也越来越困难。此次新发现的超高能伽马射线由此更显宝贵。

    “通过监测超高能伽马射线,推断其加速能量来源,可以进一步了解宇宙天体的起源和演化。”南京大学天文与空间科学学院教授陈阳表示。

    迄今最高能伽马射线

    一般来讲,绝大部分宇宙线是带电粒子,在银河系磁场中传播时会发生偏转,这是由于它们的抵达方向并不代表其加速源头的真实位置。既然如此,何以判定此次新发现的宇宙伽马射线源自赫赫有名的蟹状星云?

    原来,到达地球表面的那些五花八门的宇宙线,99%以上是带电粒子,但宇宙伽马射线却是个特殊的存在:伽马射线呈电中性,不受磁场偏转,能直指其产生的源头。鉴于此,科学家们决定通过观察不带电不会偏转的中性粒子——伽马射线,来研究它的加速源头。“超高能量的伽马射线是由高能带电粒子产生的,其观测是研究高能带电粒子加速过程及其发生的极端环境的独特途径,是探索极端宇宙的重要探针之一。”陈阳说。

    不过,探测伽马射线也非易事。根据中国科学院高能物理研究所研究员黄晶的说法,超高能伽马射线的流强太低,不到普通宇宙线的1%,而且全都淹没在宇宙线的背景中了。“但超高能量的伽马射线在经过大气层时,会与大气作用产生空气簇射,随着大气深度的增加,簇射会存在一个发展和消亡的过程。”利用这一现象,科学家们将观测站建在了海拔4300多米的西藏羊八井地区。

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