2月26日,记者从中国科学院高能物理研究所获悉,高海拔宇宙线观测站(简称LHAASO“拉索”)在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能伽马射线泡状结构,历史上首次找到能量高于1亿亿电子伏的宇宙线的起源天体。该成果于2月26日以封面文章的形式在《Science Bulletin》(《科学通报》)上正式发表。
科学家认为,能量比“膝”低的宇宙线起源于银河系内的天体,而“膝”的存在也表明银河系大部分的宇宙线源加速质子的能量极限在1千万亿电子伏左右。
然而,究竟何种天体能把宇宙线能量加速到这么高能量,形成“膝”的能谱结构,仍然是一个未解之谜,也是近年来宇宙线研究中最引人关注的课题之一。
“拉索此次在天鹅座恒星形成区发现的巨型超高能伽马射线泡状结构,内有多个能量超过1千万亿电子伏的光子分布其中,最高达到2千万亿电子伏。”中国科学院高能物理研究所研究员解释道,一般来说,产生能量为2千万亿电子伏的伽玛光子,需要能量至少高10倍的宇宙线粒子。
据研究人员介绍,这些恒星的辐射强度是太阳的百倍至百万倍,巨大的辐射压将恒星表面物质吹出,形成了强烈的星风,速度可达每秒上千公里。星风与周围星际介质的碰撞以及星风之间的猛烈碰撞产生了强激波、强湍流的极端环境,成为强大的粒子加速器。“这是迄今为止人们能够认证的第一个超级宇宙线加速源,随着观测时间的增加,拉索将可能探测到更多的千万亿电子伏乃至更高能量宇宙线的加速源,有望解决银河系宇宙线起源之谜。”
值得一提的是,拉索还根据观测推断出泡内超级宇宙线加速器使得周边星际空间的宇宙线密度显著高于银河系内宇宙线的平均水平。其所影响的空间范围甚至远超目前观测到的气泡尺度,为拉索此前探测到的银河系弥散伽马射线辐射的超出提供了一种可能的解释。
该研究工作由中国科学院高能物理研究所牵头的LHAASO国际合作组完成,中国科学院院士、高能物理研究所研究员曹臻,高能物理研究所的博士研究生高川东、李骢副研究员,南京大学的柳若愚研究员,中国科学技术大学的杨睿智教授为论文的共同通讯作者。
拉索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,是由5216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探测器阵列、7.8万平方米水切伦科夫探测器阵列以及由18台广角切伦科夫望远镜组成的复合阵列。
成都日报锦观新闻 记者 黄雪松 责任编辑 何齐铁 图据 中国科学院高能物理研究所