ASγ實驗陣列；

進行ASγ實驗的相關儀器 受訪單位供圖

天聞頻道

◎本報記者 陸成寬

　　超高能宇宙線從(cong) 哪兒(er) 來？這是一個(ge) 世紀之謎。

　　利用我國西藏羊八井的ASγ實驗陣列，中日兩(liang) 國研究團隊在國際上首次發現，距地球2600光年的超新星遺跡SNR G106.3+2.7，發射出了超過100萬(wan) 億(yi) 電子伏特的伽馬射線。這些伽馬射線可能是被超新星遺跡中的激波加速到拍電子伏特（1000萬(wan) 億(yi) 電子伏特）的宇宙射線與(yu) 附近的分子雲(yun) 碰撞產(chan) 生的。因此，該超新星遺跡成為(wei) 銀河係中一個(ge) 候選的“拍電子伏特宇宙線加速器”，為(wei) 解開超高能宇宙射線的起源之謎打開了重要窗口。相關(guan) 觀測結果3月2日在線發表於(yu) 《自然·天文》上。

　　將宇宙射線加速到比地球上人造加速器的最高能量還高100倍的拍電子伏特的天體(ti) 源，被稱為(wei) “拍電子伏特宇宙線加速器”。這種天體(ti) 源被認為(wei) 應該存在於(yu) 銀河係中。但是，由於(yu) 宇宙射線帶電荷，它們(men) 在傳(chuan) 播的過程中會(hui) 受到銀河係磁場的影響發生偏轉，到達地球時的方向已經不再指向源頭了，無法通過宇宙線的方向來尋找這種天體(ti) 源。

　　“因此，1912年發現宇宙射線以來，超高能宇宙線的起源問題至今未解，是一個(ge) 世紀之謎。”中國科學院高能物理研究所研究員黃晶說。

　　幸運的是，宇宙射線在其源頭被加速後，可能與(yu) 附近的分子雲(yun) 發生碰撞，產(chan) 生中性π介子，隨後π介子衰變產(chan) 生能量約為(wei) 母體(ti) 宇宙射線能量十分之一的伽馬射線。由於(yu) 伽馬射線不帶電荷，沿直線傳(chuan) 播，因此觀測到的伽馬射線到達方向就是該天體(ti) 源方向，借此可以尋找“拍電子伏特宇宙線加速器”。

　　判斷一個(ge) 天體(ti) 源是否是“拍電子伏特宇宙線加速器”，主要有三大依據。“該天體(ti) 源發出的伽馬射線能量是否超過100萬(wan) 億(yi) 電子伏特；伽馬射線發射區與(yu) 分子雲(yun) 的位置是否一致；能夠排除超高能伽馬射線產(chan) 生於(yu) 脈衝(chong) 星及其風雲(yun) 高能電子的可能性。”黃晶說。

　　此前，世界上還沒有任何一個(ge) 實驗組找到同時滿足以上3個(ge) 條件的天體(ti) 。

　　2014年，中日合作ASγ實驗團隊在原有的宇宙線表麵陣列的地下增設了創新型的地下繆子水切倫(lun) 科夫探測器，用於(yu) 探測宇宙線質子與(yu) 地球大氣作用產(chan) 生的繆子。綜合利用表麵和地下探測器陣列的數據，可以排除99.92%的宇宙線背景噪聲，從(cong) 而大大提高了探測伽馬射線的靈敏度。

　　此次，中日合作團隊通過2年的觀測，測量到了來自超新星遺跡SNR G106.3+2.7方向的超過100萬(wan) 億(yi) 電子伏特的超高能伽馬射線，發現這些伽馬射線的空間分布與(yu) 附近分子雲(yun) 的分布接近，同時與(yu) 這個(ge) 區域內(nei) 存在的脈衝(chong) 星及其風雲(yun) 關(guan) 聯較弱。

　　黃晶表示，對這些觀測結果的一個(ge) 合理解釋是：宇宙射線在超新星遺跡的激波中被加速到拍電子伏特能區，然後與(yu) 附近的分子雲(yun) 碰撞產(chan) 生中性π介子，隨後π介子衰變產(chan) 生超高能伽馬射線。這個(ge) 超新星遺跡因此成為(wei) 銀河係中一個(ge) “拍電子伏特宇宙線加速器”候選體(ti) ，為(wei) 解開超高能宇宙線起源的世紀之謎打開了一個(ge) 寶貴的窗口。

　　據介紹，西藏中日合作ASγ實驗位於(yu) 海拔4300米的西藏羊八井，始建於(yu) 1989年，由中國科學院高能物理研究所、國家天文台等國內(nei) 12個(ge) 合作單位以及日本東(dong) 京大學宇宙線研究所等16個(ge) 日方合作單位參與(yu) 。



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