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【经济日报新闻客户端】西藏ASγ实验发现超高能宇宙线加速候选天体
2021-03-05|文章来源:沈慧 |【
 

   

  近日,中日合作团队利用我国西藏羊八井ASγ实验阵列,在国际上首次发现距地球2600光年的超新星遗迹SNR G106.3+2.7发射出超过100TeV(100万亿电子伏特)的伽马射线。这些伽马射线可能是被SNR G106.3+2.7中的激波加速到PeV(比地球上人造加速器的最高能量高100倍)的宇宙射线与附近的分子云碰撞产生的。SNR G106.3+2.7因此成为银河系中第一个候选的“拍电子伏特宇宙线加速器”(“PeVatron”),为解开超高能宇宙射线的起源之谜打开了重要窗口。相关观测结果于北京时间3月2日零时在《自然?天文》正式发表。

  自1912年发现宇宙射线以来,超高能宇宙线的起源问题至今未解,是一个世纪之谜。将宇宙射线加速到PeV能量的天体源被称为“PeVatron”,并被认为应该存在于银河系中。但是,由于宇宙射线带电荷,它们在传播的过程中会受到银河系磁场的偏转,到达地球时的方向已经不再指向源头了,因此无法通过宇宙线的方向来寻找“PeVatron”。

  幸运的是,宇宙射线在其源头被加速后可能与附近的分子云发生碰撞,产生中性π介子,随后π介子衰变产生能量约为母体宇宙射线能量十分之一的伽马射线(这类伽马射线被称为是“强子起源”)。由于伽马射线不带电荷,沿直线传播,因此观测到的伽马射线到达方向就是该天体源方向,借此可以寻找“PeVatron”。

  据介绍,判断一个天体源是否是宇宙线“PeVatron”,主要有三条判据:1)该天体源发出的伽马射线能量超过100TeV;2)伽马射线发射区与分子云的位置一致;3)能够排除超高能伽马射线产生于脉冲星及其风云高能电子的可能性,即排除“轻子起源”。

  此前,世界上还没有任何一个实验组找到同时满足以上三个条件的天体。美国的VERITAS成像切伦科夫望远镜在TeV能区和美国费米伽马射线空间望远镜在GeV能区都已观测到来自于SNR G106.3+2.7的伽马射线,但它们对100TeV以上能区的伽马射线观测灵敏度不够。最近美国的HAWC实验在40TeV-100TeV能区观测到伽马射线,但其观测到的100TeV伽马射线辐射区位置精度较低,不足以排除伽马射线的“轻子起源”。

  此次,中日合作团队通过有效时间2年的观测,测量到了来自SNR G106.3+2.7方向的超过100TeV的超高能伽马射线,发现这些伽马射线的空间分布与附近分子云的分布比较接近,而与这个区域内存在的脉冲星及其风云关联较弱。对这些观测结果的一个合理解释是:质子在SNR G106.3+2.7附近被激波加速到PeV能区,然后与附近的分子云碰撞产生中性π介子,随后π介子衰变产生超高能伽马射线。这样,G106.3+2.7就成为银河系中的一个“PeVatron”候选体,为解开超高能宇宙线起源的世纪之谜打开了一个宝贵的窗口。

(源自经济日报新闻客户端 2021年3月5日版 原地址:https://proapi.jingjiribao.cn/detail.html?id=328679&user_id=129909&source=wechat_friend)


 
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