中日科學(xué)家發(fā)現(xiàn)迄今最高能量宇宙伽馬射線

左圖:西藏ASgamma實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到蟹狀星云方向100TeV以上的伽馬射線。

右圖:美國哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的蟹狀星云圖片。（圖片來自于NASA）

3日，中日兩國科學(xué)家同日發(fā)布一項(xiàng)成果：中日合作西藏ASgamma實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)利用我國西藏羊八井ASgamma實(shí)驗(yàn)陣列發(fā)現(xiàn)了迄今為止最高能量的宇宙伽馬射線，這些宇宙伽馬射線來自蟹狀星云方向，最高能量達(dá)450TeV（1TeV即10的12次方電子伏特），比此前國際上正式發(fā)表的75TeV的最高能量高出5倍以上。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著超高能伽馬射線天文觀測(cè)進(jìn)入到100TeV以上的觀測(cè)能段，相關(guān)觀測(cè)結(jié)果將于7月下旬作為亮點(diǎn)文章在國際學(xué)術(shù)刊物《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。

中國科學(xué)院高能物理研究所研究員、本實(shí)驗(yàn)中方負(fù)責(zé)人黃晶介紹，此前國際上由德國探測(cè)到的最高能量的伽馬射線為75TeV。此次ASgamma實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了24個(gè)100TeV以上的伽馬射線事例，其中能量最高的約為450TeV。

科學(xué)家們進(jìn)一步確認(rèn)，這些最高能量的宇宙伽馬射線來自于蟹狀星云。蟹狀星云是位于金牛座的超新星遺跡，它可能是人類最熟悉的天體了——我國宋朝的天文學(xué)家在1054年詳細(xì)記錄了該超新星的爆發(fā)現(xiàn)象。現(xiàn)在我們知道，蟹狀星云距離地球6500光年左右，其能量來源是位于其中的高速旋轉(zhuǎn)的脈沖星，即蟹狀星云脈沖星。蟹狀星云在全電磁波段均具有較高的亮度，因此科學(xué)家在從射電、光學(xué)、X射線直至伽馬射線的整個(gè)電磁波段對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的觀測(cè)和研究。

黃晶說：“包括伽馬射線在內(nèi)的種種超高能宇宙線的來源，是一個(gè)世紀(jì)謎題。伽馬射線是光子，不帶電，不會(huì)像其他種類的宇宙線受銀河磁場(chǎng)的影響偏轉(zhuǎn)方向。因此，我們能夠追溯其源頭。”而這一實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的進(jìn)步，將推動(dòng)人類進(jìn)一步了解極端粒子加速過程及其發(fā)生的極端環(huán)境，進(jìn)而探索極端宇宙。黃晶介紹，超高能量的伽馬射線又是由高能帶電粒子產(chǎn)生的，了解伽馬射線所能達(dá)到的最高能量以及這些超高能光子能量的分布，研究產(chǎn)生超高能伽馬射線的各種可能天體，都有助于揭示宇宙中極端天體的性質(zhì)，以及其中的極端天體物理過程和規(guī)律。

科學(xué)家們也由此推斷，蟹狀星云可能是“銀河系內(nèi)天然的高能粒子加速器”，與目前世界上最大的人工電子加速器（加速電子最高能量0.2TeV）相比，蟹狀星云的電子加速能力至少高了上萬倍。

據(jù)介紹，我國將繼續(xù)開展并加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究。中國科學(xué)院高能物理研究所相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，我國正在四川稻城建設(shè)ASgamma實(shí)驗(yàn)的后續(xù)項(xiàng)目——大面積高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO），其部分設(shè)備已經(jīng)建成并投入觀測(cè)運(yùn)行。和ASgamma實(shí)驗(yàn)相比，LHAASO的能量范圍和靈敏度要高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，將把宇宙線物理和超高能伽馬射線天文研究推進(jìn)到一個(gè)新的高度。此外，在空間探測(cè)方面，高能所正在牽頭申請(qǐng)“探索極端宇宙”EXU國際合作大科學(xué)計(jì)劃，其綜合性能比現(xiàn)有的同類空間探測(cè)設(shè)備將有大幅度的提升，宇宙線物理和高能伽馬射線天文也是該計(jì)劃的主要科學(xué)目標(biāo)。這些項(xiàng)目的實(shí)施以及國內(nèi)外的其他空間和高山天文臺(tái)相結(jié)合，將對(duì)宇宙極端天體和過程開展全天空、全時(shí)域、多波段和多信使的立體觀測(cè)研究，預(yù)期實(shí)施之后將取得更多和更重大的成果。（記者齊芳）