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近日，中日合作西藏ASγ實驗觀測到迄今為止最高能量的彌散伽馬射線輻射，最高能量達957TeV，接近1PeV，即1000萬億電子伏特。這些超高能伽馬射線的方向并沒有指向已知的低能段伽馬射線源，而是彌漫分布在銀盤上。這是國際上首次發(fā)現(xiàn)“拍電子伏特宇宙線加速器”在銀河系中存在的證據(jù)。該結(jié)果被美國物理學會評論為研究高能宇宙線起源“世紀之謎”的里程碑。相關(guān)觀測結(jié)果將于4月5日在美國《物理評論快報》正式發(fā)表并被作為高亮點論文加以推薦。

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西藏ASγ實驗團隊觀測到的超高能彌散伽馬射線事例在銀道坐標系下的分布。這些超高能彌散伽馬射線的能量在 400 TeV到 1 PeV 之間，表現(xiàn)出向銀盤（圖中水平中線）集中分布的特點?；疑幱皡^(qū)域是ASγ實驗無法觀測的區(qū)域。背景色輪廓顯示了銀河系坐標中氫原子的分布

宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子流，主要由質(zhì)子和其他原子核組成，能量跨越11個數(shù)量級。自1912年宇宙線發(fā)現(xiàn)以來，高能宇宙線的起源問題至今未解，已成為一個“世紀之謎”。宇宙線攜帶著宇宙起源、天體演化、空間環(huán)境等宇觀信息。宇宙線觀測研究是人類探索宇宙的最重要手段之一。

通常，低于幾個PeV能量的宇宙線，被認為主要產(chǎn)生于銀河系內(nèi)，而能將宇宙線加速到PeV能量的天體，也被稱為“拍電子伏特宇宙線加速器”。根據(jù)理論模型，超新星遺跡、恒星形成區(qū)和銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞等，都是候選的“拍電子伏特宇宙線加速器”，但迄今為止并沒有任何一個“拍電子伏特宇宙線加速器”得到觀測證實。因為帶電的高能宇宙線粒子，在銀河系傳播的過程中，運動方向會被磁場偏轉(zhuǎn)，待它們到達地球時，其方向早已不再指向源頭。

幸運的是，高能宇宙線在傳播過程中與星際介質(zhì)碰撞，可以產(chǎn)生能量約為宇宙線母粒子能量十分之一的高能伽馬射線。高能伽馬射線不帶電，沿直線傳播，因此觀測到伽馬射線的到達方向，就是該天體源方向?？茖W家借此可以尋找到“拍電子伏特宇宙線加速器”所在地。

這次ASγ實驗在銀盤上發(fā)現(xiàn)超高能彌散伽馬射線，其能譜特征與PeV能量宇宙線和銀河系、分子云碰撞產(chǎn)生伽馬射線的模型預言相符，就像是“拍電子伏特宇宙線加速器”在銀河系內(nèi)留下的一串串“足跡”，是拍電子伏特宇宙線加速器存在于銀河系的重要證據(jù)，也是朝著解開高能宇宙線起源的“世紀之謎”邁出的重要一步。

白色的盒子是西藏ASγ實驗表面陣列的單元探測器

西藏ASγ實驗位于西藏羊八井，海拔4300米，始建于1989年，1995年被美國《科學》雜志列為中國的25個科研基地之一。2014年，西藏ASγ實驗完成重大升級改造。實驗團隊由28個研究機構(gòu)所屬的91名研究人員組成。實驗核心科學目標是探索銀河宇宙線的起源、傳播和加速，并開展相關(guān)的高能輻射、天體演化、鄰近宇宙線源及暗物質(zhì)等方面的研究。

監(jiān)　制：戰(zhàn)　釗 宋雅娟

記　者：張夢凡

制　作：肖春芳

出　品：光明網(wǎng)科普事業(yè)部