Login | Register | 中文

西藏ASγ实验发现超高能宇宙线加速候选天体

文章来源:国家高能物理科学数据中心

更新时间:2021-03-02 17:53

        近日,中日合作团队利用我国西藏羊八井ASγ实验阵列,在国际上首次发现距地球2600光年的超新星遗迹 SNR G106.3+2.7 发射出超过100TeV(100万亿电子伏特)的伽马射线。这些伽马射线可能是被SNR G106.3+2.7中的激波加速到PeV的宇宙射线(主要成份为质子)与附近的分子云碰撞产生的。SNR G106.3+2.7因此成为银河系中一个候选的“拍电子伏特宇宙线加速器”(“PeVatron”),为解开超高能宇宙射线的起源之谜打开了重要窗口。相关观测结果以 “Potential PeVatron supernova remnant G106.3+2.7 seen in the highest-energy gamma rays”为题,于北京时间3月2日零时在《自然 天文》(Nature Astronomy)正式发表。

        西藏中日合作ASγ实验位于海拔4300米的西藏羊八井,始建于1989年。2014年,中日合作ASγ实验团队在原有的宇宙线表面阵列的地下增设了创新型的地下缪子水切伦科夫探测器(4500平方米)(见图2),用于探测宇宙线质子与地球大气作用产生的缪子。综合利用表面和地下探测器阵列的数据,可以排除99.92%的宇宙线背景噪声,从而大大提高了探测伽马射线的灵敏度。此次,中日合作团队通过有效时间2年的观测,测量到了来自SNR G106.3+2.7方向的超过100TeV的超高能伽马射线,发现这些伽马射线的空间分布与附近分子云的分布接近,而与这个区域内存在的脉冲星及其风云关联较弱(见图1)。对这些观测结果的一个合理解释是:质子在SNR G106.3+2.7附近被激波加速到PeV能区,然后与附近的分子云碰撞产生中性π介子,随后π介子衰变产生超高能伽马射线。这样,G106.3+2.7就成为银河系中一个“PeVatron”候选体,为解开超高能宇宙线起源的世纪之谜打开了一个宝贵的窗口。

图1. 西藏ASγ实验观测到超新星遗迹(SNR) G106.3+2.7附近10TeV以上的伽马辐射图像,伽马能量延续到100 TeV以上。图中,黑/青色轮廓分别代表了SNR 壳层和附近分子云的位置,灰色菱形是脉冲星的位置,带有统计误差圆的红星、黑×、品红色十字和蓝色三角形分别表示西藏ASγ实验、美国费米伽马射线空间望远镜组、美国VERITAS切伦科夫望远镜组和美国HAWC实验组确定的伽马射线发射区的中心位置。


图2:我国西藏ASγ实验(左图:ASγ表面阵列)。2014年,中日合作ASγ实验团队在其表面阵列的地下增设了创新型的地下水切论科夫缪子探测阵列4500平方米(右图),可排除99.92%的宇宙线背景噪声,从而大大提高了探测伽马射线的灵敏度。
 
       西藏中日合作ASγ实验始建于1989年,由中科院高能物理研究所、中科院国家天文台等国内12个合作单位以及日本东京大学宇宙线研究所等16个日方合作单位组成。此次重要发现是中日合作双方30年持之以恒,不断创新,不断努力的结果。该项目得到中国国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院及日本文部省、学术振兴会(JSPS)等机构的支持。实验在西藏30年的建设与运行得到了西藏自治区各级政府及西藏大学的大力支持。同时国家高能物理科学数据中心为西藏ASγ实验所产生的科学数据和科学研究提供服务。实验所产生的全部数据均汇交在国家高能物理科学数据中心,包括原始数据、模拟数据和重建数据,且总数据存储量达到520TB,为ASγ实验的科学发现提供支撑。
       
       作为西藏羊八井ASγ实验的后续项目,我国正在四川稻城建设大面积高海拔宇宙线观测站LHAASO,其3/4阵列已经建成并投入观测运行。和ASγ实验相比,LHAASO的能量范围和灵敏度要高一个数量级以上,将把宇宙线物理和超高能伽马射线天文研究推进到一个新的高度。



新闻来源:中国科学院高能物理研究所
http://www.ihep.cas.cn/xwdt/gnxw/2021/202103/t20210302_5964066.html