世纪 有望突破“世纪之谜”！四川稻城高海拔宇宙线观测站发现最高能量光子( 二 )
此外，此次研究成果也是能量超过1 PeV的伽马射线光子首现于天鹅座区域和蟹状星云。PeV光子的探测是伽马天文学的一座里程碑，承载着伽马天文界的梦想，长期以来一直是伽马天文发展的强大驱动力。事实上，上个世纪80年代伽马天文学爆发式发展一个重要的诱因就是挑战PeV光子极限。天鹅座恒星形成区是银河系在北天区最亮区域，拥有多个具有大量大质量恒星的星团，大质量恒星的寿命只有百万年的量级，因此星团内部充满大量恒星生生死死的剧烈活动，具有复杂的强激波环境，是理想的宇宙线加速场所，被称为“粒子天体物理实验室”。
“LHAASO在天鹅座恒星形成区首次发现PeV伽马光子，使得这个本来就备受关注的区域成为超高能宇宙线源的最佳候选者，也就自然是LHAASO以及相关的多波段观测、乃至于多信使天文学的巨大热门，有望成为解开‘世纪之谜’的突破口。”曹臻表示，历史上对蟹状星云大量的观测研究，使之成为几乎唯一具有清晰辐射机制的标准伽马射线源，跨越22个量级的光谱精确测量清楚地表明其电子加速器的标志性特征。然而，LHAASO测到的超高能光谱，特别是PeV能量的光子，严重挑战了这个高能天体物理的“标准模型”，甚至于对更加基本的电子加速理论提出了挑战。
文章插图
电磁粒子探测器（ED）
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据了解，高海拔宇宙线观测站（LHAASO）是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，占地面积约1.36平方公里，由5195个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一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、18台广角切伦科夫望远镜交错排布组成复合阵列，采用四种探测技术全方位、多变量测量宇宙线。
曹臻说，高海拔宇宙线观测站的核心科学目标就是探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体演化和暗物质的研究。广泛搜索宇宙中尤其是银河系内部的伽马射线源，精确测量它们从低于1TeV（1万亿电子伏，也叫“太电子伏”）到超过1 PeV（1000万亿电子伏，也叫“拍电子伏”）宽广能量范围内的能谱，测量更高能量的弥散宇宙线的成份与能谱，揭示宇宙线产生、加速和传播的规律，探索新物理前沿。
他介绍，LHAASO的技术创新在于：开发了远距时钟同步技术，确保整个阵列中每个探测器同步精度可达亚纳秒水平；在高速前端信号数字化、高速数据传输、大型计算集群协助下实现了多种触发模式并行等尖端技术要求；首次大规模使用硅光电管、超大光敏面积微通道板光电倍增管等先进探测技术，大大提高伽马射线测量的空间分辨率，实现更低的探测阈能，使人类在探索更深宇宙、更高能量的射线等方面，都达到前所未有的水平，为开展大气、环境、空间天气等前沿科学交叉研究提供了重要实验平台，是多边国际合作共同开展高水平研究的科学基地。
据了解，目前在建的LHAASO是我国第三代高山宇宙线实验。高山实验是宇宙线观测研究中能够充分利用大气作为探测介质、在地面进行观测的重要手段，探测器规模可远大于大气层外的天基探测器。对于超高能量的宇宙线，这是唯一的观测手段。
红星新闻采访人员 彭祥萍
编辑 官莉
图据中国科学院高能物理研究所
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