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超高能宇宙線(xiàn )從哪來(lái)？這個(gè)世紀(jì)之謎現(xiàn)破解曙光

所屬分類(lèi)：時(shí)事聚焦    發(fā)布時(shí)間： 2021-03-16    作者：甘肅梅隆石材集團(tuán)
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利用我國(guó)西藏羊八井的ASγ實(shí)驗(yàn)陣列，中日兩(liǎng)國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上..發(fā)現(xiàn)，距地球2600光年的超新星遺蹟SNR G106.3+2.7，發(fā)射出了超過(guò)100萬(wàn)億電子伏特的伽馬射線(xiàn )。這些伽馬射線(xiàn )可能是被超新星遺蹟中的激波加速到拍電子伏特（1000萬(wàn)億電子伏特）的宇宙射線(xiàn )與附近的分子雲碰撞產(chǎn)生的。因此，該超新星遺蹟成為銀河系中一個(gè)候選的「拍電子伏特宇宙線(xiàn )加速器」，為解開(kāi)超高能宇宙射線(xiàn )的起源之謎打開(kāi)了重要窗口。相關(guān)觀(guān)測(cè)結(jié)果3月2日在線(xiàn )發(fā)表於《自然·天文》上。
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將宇宙射線(xiàn )加速到比地球上人造加速器的..能量還高100倍的拍電子伏特的天體源，被稱(chēng)為「拍電子伏特宇宙線(xiàn )加速器」。這種天體源被認(rèn)為應(yīng)該存在於銀河系中。但是，由於宇宙射線(xiàn )帶電荷，它們在傳播的過(guò)程中會(huì)受到銀河系磁場(chǎng)的影響發(fā)生偏轉(zhuǎn)，到達(dá)地球時(shí)的方向已經(jīng)不再指向源頭了，無(wú)法通過(guò)宇宙線(xiàn )的方向來(lái)尋找這種天體源。
「因此，1912年發(fā)現(xiàn)宇宙射線(xiàn )以來(lái)，超高能宇宙線(xiàn )的起源問(wèn)題至今未解，是一個(gè)世紀(jì)之謎。」中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員黃晶說(shuō)。
幸運(yùn)的是，宇宙射線(xiàn )在其源頭被加速後，可能與附近的分子雲發(fā)生碰撞，產(chǎn)生中性π介子，隨後π介子衰變產(chǎn)生能量約為母體宇宙射線(xiàn )能量十分之一的伽馬射線(xiàn )。由於伽馬射線(xiàn )不帶電荷，沿直線(xiàn )傳播，因此觀(guān)測(cè)到的伽馬射線(xiàn )到達(dá)方向就是該天體源方向，藉此可以尋找「拍電子伏特宇宙線(xiàn )加速器」。
判斷一個(gè)天體源是否是「拍電子伏特宇宙線(xiàn )加速器」，主要有三大依據(jù)。「該天體源發(fā)出的伽馬射線(xiàn )能量是否超過(guò)100萬(wàn)億電子伏特；伽馬射線(xiàn )發(fā)射區(qū)與分子雲的位置是否一致；能夠排除超高能伽馬射線(xiàn )產(chǎn)生於脈衝星及其風(fēng)雲高能電子的可能性。」黃晶說(shuō)。
此前，世界上還沒有任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)組找到同時(shí)滿(mǎn)足以上3個(gè)條件的天體。
2014年，中日合作ASγ實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在原有的宇宙線(xiàn )表面陣列的地下增設(shè)了創(chuàng)新型的地下繆子水切倫科夫探測(cè)器，用於探測(cè)宇宙線(xiàn )質(zhì)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(cè)器陣列的數(shù)據(jù)，可以排除99.92%的宇宙線(xiàn )背景噪聲，從而大大提高了探測(cè)伽馬射線(xiàn )的靈敏度。
此次，中日合作團(tuán)隊(duì)通過(guò)2年的觀(guān)測(cè)，測(cè)量到了來(lái)自超新星遺蹟SNR G106.3+2.7方向的超過(guò)100萬(wàn)億電子伏特的超高能伽馬射線(xiàn )，發(fā)現(xiàn)這些伽馬射線(xiàn )的空間分布與附近分子雲的分布接近，同時(shí)與這個(gè)區(qū)域內(nèi)存在的脈衝星及其風(fēng)雲關(guān)聯(lián)較弱。
黃晶表示，對(duì)這些觀(guān)測(cè)結(jié)果的一個(gè)合理解釋是：宇宙射線(xiàn )在超新星遺蹟的激波中被加速到拍電子伏特能區(qū)，然後與附近的分子雲碰撞產(chǎn)生中性π介子，隨後π介子衰變產(chǎn)生超高能伽馬射線(xiàn )。這個(gè)超新星遺蹟因此成為銀河系中一個(gè)「拍電子伏特宇宙線(xiàn )加速器」候選體，為解開(kāi)超高能宇宙線(xiàn )起源的世紀(jì)之謎打開(kāi)了一個(gè)寶貴的窗口。
據(jù)介紹，西藏中日合作ASγ實(shí)驗(yàn)位於海拔4300米的西藏羊八井，始建於1989年，由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所、國(guó)家天文臺(tái)等國(guó)內(nèi)12個(gè)合作單位以及日本東京大學(xué)宇宙線(xiàn )研究所等16個(gè)日方合作單位參與。
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