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高能宇宙线天文台开启了高能伽马文学时代。

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中央纪委、国家监察委员会网站褚英杰日前在银河系发现了大量超高能宇宙加速器,并记录了能量为1.4petev(拍=100亿)的伽马光子。这是人类观测到的能量最高的光子,突破了传统对星系粒子加速的认识,开启了“超高能伽马文学”的时代。这项研究成果发表在5月17日的《自然》杂志上,由中国科学院高能物理研究所牵头的高空宇宙线观测站国际合作小组完成。高海坝宇宙线观测站是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施,目前仍在建设中。

它位于四川省稻城县海拔4410米的海子山上。它是由5195个电磁粒子探测器和1188个Muzi探测器、1平方公里地面簇射粒子阵列(简称km2a)、78000平方米水切伦科夫探测器和18个广角切伦科夫望远镜组成的复合阵列。利用这四种探测技术,它可以测量宇宙射线的各个方向和许多变量。本报告的结果基于2020年1/2比例尺探测装置11个月的观测数据。宇宙射线加速器在银河系中存在能量极限,这是一个“常识”。

在过去,预测极限在petev附近,因此预测的伽马射线能谱将在0.1petev附近被“截断”。高空宇宙线天文台的观测结果完全突破了这一“极限”。平方公里探测器阵列中的1188μ子探测器专门用于消除非光子信号,是世界上灵敏度最高的超高能伽马射线探测器。凭借这种前所未有的灵敏度,目前只有一半大小的km2a在短短11个月内就探测到并确认了蟹状星云的伽马光子。科学家发现,能量最高的光子来自天鹅座非常活跃的恒星形成区,并发现了12个稳定的伽马射线源。

光子能量扩展到大约1petev。这些是高空宇宙线天文台视野中最明亮的银河伽马射线源。测量的伽马光子信号是背景标准偏差的7倍以上。0.1petev以上的伽马辐射也称为“超高能伽马辐射”。虽然这次使用的数据非常有限,但高空宇宙线天文台能够观测到的所有源都有超高能伽马辐射。这表明星系中充满了petv加速器。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机是地球上最大的加速器,它只能将粒子加速到0.01petev。这些发现开启了“超高能伽马天文学”观测的时代,表明年轻的大质量星团、超新星遗迹、脉冲星云等是加速银河系超高能宇宙线的最佳候选者,有助于解开宇宙线起源的“世纪之谜”。

结果表明,银河系中存在宇宙加速器,能将粒子能量加速到1petev以上;能量超过1petev的伽马射线光子首先出现在天鹅座和蟹状星云;开启“超高能伽马文学”时代——高海坝宇宙线天文台的科研成果在三个方面取得了科学突破,是宇宙线起源研究进程中的一个里程碑。高空宇宙线天文台依靠什么技术创新?据有关专家介绍,高空宇宙线天文台研制了远距离时钟同步技术,确保整个阵列中每个探测器的同步精度都能达到亚纳秒级;借助高速前端信号数字化、高速数据传输和大规模计算集群,满足多触发模式并行的先进技术要求;首次大规模使用硅光电管、超大感光面积微通道板光电倍增管等先进探测技术,极大地提高了伽马射线测量的空间分辨率,达到了较低的探测阈值能量,使人类在探索更深层宇宙和更高能射线方面达到了前所未有的水平。

高空宇宙线天文台还为大气、环境和空间天气研究提供了重要的实验平台,成为开展国际多边合作的科学基地。