「拉索」再獲重大發現!認證第一個超級宇宙線加速源

2024年02月26日07:55:04 科學 1744

「拉索」再獲重大發現!

紅星新聞記者從中國科學院高能物理研究所獲悉,高海拔宇宙線觀測站(LHAASO,「拉索」)在天鵝座恆星形成區發現了一個巨型超高能伽馬射線泡狀結構,歷史上首次找到能量高於1億億電子伏的宇宙線的起源天體

該成果於2月26日以封面文章的形式在《Science Bulletin》(《科學通報》)上正式發表。該研究工作由中國科學院高能物理研究所牽頭的LHAASO國際合作組完成,中國科學院院士、高能物理研究所研究員曹臻,高能物理研究所的博士研究生高川東、李驄副研究員,南京大學的柳若愚研究員,中國科學技術大學的楊睿智教授為論文的共同通訊作者。

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在我們肉眼看不見的宇宙深處,無數粒子正以接近光的速度飛馳,穿過浩淼宇宙,時時刻刻造訪著地球。這些產生於宇宙深處的高能「子彈」,就是宇宙線,其成分包括質子和各種原子核,還有少量的光子中微子、電子等。

宇宙線的起源是當代天體物理學最重大的前沿科學問題之一。測量發現,宇宙線的能譜(即宇宙線數量隨粒子能量的分布)在1千萬億電子伏附近呈現出一個拐折結構,因其形狀類似膝關節而被稱為宇宙線能譜的「膝」。科學家們認為,能量比「膝」低的宇宙線起源於銀河系內的天體,而「膝」的存在也表明銀河系大部分的宇宙線源加速質子的能量極限在1千萬億電子伏左右。

然而,究竟何種天體能把宇宙線能量加速到這麼高能量,形成「膝」的能譜結構,仍然是一個未解之謎,也是近年來宇宙線研究中最引人關注的課題之一。

「拉索」此次在天鵝座恆星形成區發現的巨型超高能伽馬射線泡狀結構,內有多個能量超過1千萬億電子伏的光子分布其中,最高達到2千萬億電子伏。一般來說,產生能量為2千萬億電子伏的伽瑪光子,需要能量至少高10倍的宇宙線粒子。因此,這表明泡內部存在超級宇宙線加速器,源源不斷地產生能量至少達到2億億電子伏的高能宇宙線粒子,並注入到星際空間

這些高能宇宙線與星際空間中的氣體物質發生碰撞產生伽馬光子,光子的數目與周圍氣體的分布呈現清晰的關聯,而位於泡中心附近的大質量恆星星團(Cygnus OB2星協)則是超級宇宙線加速器最可能的候選天體。

星協是由很多表面溫度超過約3萬5千度的恆星O型星)和表面溫度超過約1萬5千度的恆星(B型星)這類年輕、熾熱的大質量恆星組成密集星團。這些恆星的輻射強度是太陽的百倍至百萬倍,巨大的輻射壓將恆星表面物質吹出,形成了強烈的星風,速度可達每秒上千

公里。星風與周圍星際介質的碰撞以及星風之間的猛烈碰撞產生了強激波、強湍流的極端環境,成為強大的粒子加速器。

這是迄今為止人們能夠認證的第一個超級宇宙線加速源,隨著觀測時間的增加,「拉索」將可能探測到更多的千萬億電子伏乃至更高能量宇宙線的加速源,有望解決銀河系宇宙線起源之謎。

延伸閱讀——

「拉索」是以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎設施,位於四川省稻城縣海拔4410米的海子山,是由5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器組成的一平方公里地面簇射粒子探測器陣列、7.8萬平方米水切倫科夫探測器陣列以及由18台廣角切倫科夫望遠鏡組成的複合陣列。

「拉索」於2021年7月建成並開始高質量穩定運行,是國際上最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置。目前,已有32個國內外天體物理研究機構成為「拉索」的國際合作組成員單位,成員約280人。

紅星新聞記者 彭祥萍

編輯 於曼歌

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