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ipfs矿机合租(www.ipfs8.vip):四川高海拔宇宙线考察站发现最高能量光子

admin2周前35

由中国科学院高能物理研究所牵头的中国高海拔宇宙线考察站(LHAASO 拉索)国际相助组17日在北京宣布,拉索在银河系内发现大量超高能宇宙加速器,并纪录到1.4拍电子伏的伽马光子(拍=万万亿),这是人类考察到的最高能量光子,突破了人类对银河系粒子加速的传统认知,开启了 “超高能伽马天文学”的时代。

该功效于北京时间2021年5月17日揭晓在《Nature》(《自然》)。

发现注释银河系内遍布“拍电子伏加速器”

高海拔宇宙线考察站是以宇宙线考察研究为焦点的国家重大科技基础设施,位于四川省稻城县海拔4410米的海子山。其现在尚在建设中,这次报道的功效是基于已经建成的1/2规模探测装置,在2020年内 11个月的考察数据。

“发现最高能量的光子来自天鹅座内异常活跃的恒星形成区,还发现了12个稳固伽马射线源,光子能量一直延伸到1 拍电子伏四周。”拉索首席科学家、中国科学院高能所研究员曹臻说,“这是位于拉索视场内最明亮的一批银河系伽马射线源,测到的伽马光子信号高于靠山7倍尺度误差以上,源的位置丈量精度优于0.3°。”

曹臻示意,这次考察积累的数据还很有限,但所有能被拉索考察到的源,它们都具有0.1拍电子伏以上的伽马辐射,也叫“超高能伽马辐射”。“这注释银河系内遍布拍电子伏加速器,而人类在地球上制作的最大加速器(欧洲核子研究中央的LHC)只能将粒子加速到0.01拍电子伏。”

银河系内的宇宙线加速器存在能量极限是个“知识”,已往预言的极限就在拍电子伏四周,从而预言的伽马射线能谱在0.1 拍电子伏四周会有“截断”征象,LHAASO的效果完全突破了这个“极限”。

拉索国际相助组的科学协调人陈松战研究员说:“这些发现注释,年轻的大质量星团、超新星遗迹、脉冲星风云等是银河系内加速超高能宇宙线的最佳候选天体。”

同时,曹臻说,科学家们也需要重新熟悉银河系高能粒子的发生、流传机制,探索极端天体征象及其相关的物理历程并在极端条件下磨练基本物理纪律。

取得多项科学突破,意义重大

“拍电子伏宇宙加速器”周围发生的“超高能伽马光子”信号异常弱,即即是天空最明亮且被称为“伽马天文尺度烛光”的蟹状星云,发射出来的能量跨越1拍电子伏的光子在一年内落在一平方公里的面积上也就1到2个,而这1到2个光子还被淹没在几万个通常的宇宙线事例之中。

“拉索的平方公里探测阵列内的1188个缪子探测器专门用于清扫非光子信号,使之成为全球最敏捷的超高能伽马射线探测器。”高海拔宇宙线考察站建设项目副司理何会海研究员说,借助这亘古未有的敏捷度,1/2规模的地面簇射粒子阵列仅用了11个月就探测到来自蟹状星云约1拍电子伏的伽马光子。

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科研职员示意,拉索此次科学功效发现在宇宙线起源的研究历程上具有里程碑意义。

曹臻说:“拉索发现了银河系内大量存在的拍电子伏宇宙加速源,它们都是超高能宇宙线源的候选者,这就向着解决宇宙线起源这一科学难题迈出了至关主要的一步。”

1989年,亚利桑那州惠普尔天文台乐成发现了首个具有0.1太电子伏以上伽马辐射的天体,标志着“甚高能”伽马射线天文学时代的开启。在随后的30年里,已经发现跨越两百多个“甚高能”伽马射线源。直到2019年,人类才探测到首个具有“超高能”伽马射线辐射的天体。出人意料的是,仅基于1/2阵列不到1年的考察数据,拉索就将“超高能”伽马射线源数目提升到了12个。

“拉索的此次发现开启了‘超高能伽马天文学’时代,随着拉索的建成和延续不停的数据积累,可以预见这一探索极端天体物理征象的最高能量天文学研究将给我们展现一个充满新颖征象的未知‘超高能宇宙’”曹臻说。

另外,这次也是科研职员首次在天鹅座区域和蟹状星云考察到能量跨越1拍电子伏的伽马射线光子。

天鹅座恒星形成区是银河系在北天区最亮区域,拥有多个大质量恒星星团,大质量恒星的寿命只有几百万年,因此星团内部充满了恒星生生死死的凶猛流动,具有庞大的强激波环境,是理想的宇宙线加速场所,被称为“粒子天体物理实验室”。拉索在天鹅座恒星形成区首次发现拍电子伏伽马光子,使得这个原本就备受关注的区域成为研究超高能宇宙线源的最佳区域,有望成为解开“世纪之谜”的突破口。

建成后,中国有望在宇宙线研究领域实现全球领跑

中国的宇宙线实验研究履历了三个阶段,现在在建的拉索是第三代高山宇宙线实验室。

曹臻先容说,高山实验能够充实行使大气作为探测介质,在地面举行考察,探测器规模可远大于大气层外的天基探测器。对于超高能量的宇宙线,这是唯一的考察手段。

拉索的主体工程于2017年最先建设,2019年4月完成1/4的规模建设并投入科学运行,边建设、边运行。2020年1月完成了1/2规模的建设并投入运行,同年12月完成3/4规模并投入运行。预计2021年底将所有建成。

何会海以为,拉索项目最大的创新之处,就是把好几种探测手艺连系在一起。“此前,在宇宙线研究领域里,一样平常一个实验就使用一种探测手艺。这种单一探测手艺的坏处是只能测一种器械。在拉索实验里,我们把4种探测器放在一起,配合来丈量统一个事例,测完之后把所有的变量综合起来剖析,就可以做出异常精致的丈量。”

此外,拉索还开发了远距时钟同步手艺,确保整个阵列的每个探测器同步精度可达亚纳秒水平。同时,拉索还首次大规模使用硅光电管、超大光敏面积微通道板光电倍增管等先进探测手艺,大大提高了伽马射线丈量的空间分辨率,使人类在探索更深的宇宙、更高能量的射线等方面,到达亘古未有的水平。

“现在,项目已获得国际偕行高度关注和认可,俄罗斯、瑞士、波兰等国科学家希望把装备搬到这里,一些国际上代表性实验组也表达了相助及团结考察的愿望。拉索建成后,中国有望在宇宙线研究领域实现全球领跑。”曹臻说。

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