國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高海拔宇宙線觀測(cè)站”（LHAASO）在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器，并記錄到能量達(dá)1.4拍電子伏（PeV，拍=千萬(wàn)億）的伽馬光子，這是人類迄今觀測(cè)到的最高能量光子，突破了對(duì)銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代。這些發(fā)現(xiàn)于5月17日發(fā)表在《自然》（Nature）上。
該研究工作由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的LHAASO國(guó)際合作組完成。LHAASO尚在建設(shè)中，這次報(bào)道的成果是基于已經(jīng)建成的1/2規(guī)模探測(cè)裝置在2020年內(nèi) 11個(gè)月的觀測(cè)數(shù)據(jù)。
科學(xué)家此次發(fā)現(xiàn)的最高能量光子來(lái)自天鵝座內(nèi)非常活躍的恒星形成區(qū)，還發(fā)現(xiàn)了12個(gè)穩(wěn)定伽馬射線源，光子能量一直延伸到1 PeV附近，這是位于LHAASO視場(chǎng)內(nèi)最明亮的一批銀河系伽馬射線源，測(cè)到的伽馬光子信號(hào)高于背景7倍標(biāo)準(zhǔn)偏差以上，源的位置測(cè)量精度優(yōu)于0.3°。
雖然這次使用的數(shù)據(jù)還很有限，但所有能被LHAASO觀測(cè)到的源都具有0.1 PeV以上的伽馬輻射，也叫“超高能伽馬輻射”。這表明銀河系內(nèi)遍布拍電子伏加速器（PeVatron），而人類目前在地球上建造的最大加速器——?dú)W洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）只能將粒子加速到0.01 PeV。銀河系內(nèi)的宇宙線加速器存在能量極限是個(gè)“常識(shí)”，過去預(yù)言的極限就在PeV附近，從而預(yù)言的伽馬射線能譜在0.1 PeV附近會(huì)有“截?cái)唷爆F(xiàn)象，而LHAASO的結(jié)果完全突破了這個(gè)“極限”。
這些發(fā)現(xiàn)開啟了“超高能伽馬天文”觀測(cè)時(shí)代，表明年輕的大質(zhì)量星團(tuán)、超新星遺跡、脈沖星風(fēng)云等是銀河系內(nèi)加速超高能宇宙線的最佳候選天體，有助于破解宇宙線起源這個(gè)“世紀(jì)之謎”。LHAASO的研究結(jié)果表明，科學(xué)家們需要重新認(rèn)識(shí)銀河系高能粒子的產(chǎn)生、傳播機(jī)制，進(jìn)一步研究極端天體現(xiàn)象及其相關(guān)的物理過程，并在極端條件下檢驗(yàn)基本物理規(guī)律。
LHAASO是以宇宙線觀測(cè)研究為核心的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，占地面積約1.36平方公里，是由5195個(gè)電磁粒子探測(cè)器和1188個(gè)繆子探測(cè)器組成的一平方公里地面簇射粒子陣列（簡(jiǎn)稱KM2A）、78000平方米水切倫科夫探測(cè)器、18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡交錯(cuò)排布組成的復(fù)合陣列。LHAASO采用這四種探測(cè)技術(shù)，可以全方位、多變量地測(cè)量宇宙線。其核心科學(xué)目標(biāo)是探索高能宇宙線起源以及相關(guān)的宇宙演化和高能天體活動(dòng)，并尋找暗物質(zhì)；廣泛搜索宇宙中尤其是銀河系內(nèi)部的伽馬射線源，精確測(cè)量它們從低于1 TeV（1萬(wàn)億電子伏，也叫“太電子伏”）到超過1 PeV的寬廣能量范圍內(nèi)的能譜；測(cè)量更高能量的彌散宇宙線的成分與能譜，揭示宇宙線加速和傳播的規(guī)律，探索新物理前沿。
高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO，2020/11）
KM2A測(cè)得的超高能伽馬源天圖（上）及銀道面局部放大圖（下）
