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高海拔宇宙线观测站测定标准烛光的超高能段亮度

文章来源:国家高能物理科学数据中心

更新时间:2021-07-09 17:14

       近期,国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”精确测量了高能天文学标准烛光的亮度,覆盖3.5个量级的能量范围,为超高能伽马光源测定了新标准。该标准烛光是由宋朝的司天监发现并记录的“天关客星”经千年演化而形成的著名天体——蟹状星云。
       
       蟹状星云距离地球约6500光年,诞生于公元1054年的一次超级明亮的超新星爆发,这是现代天文学中第一个被证认的具有清晰历史观测记录的超新星遗迹,其中心有一颗以每秒钟30圈快速旋转的脉冲星。高速旋转的超强磁场将脉冲星表面磁层中的大量正负电子持续不断地吹向四周,形成一股速度近乎光速的强劲星风。星风中的电子与外部介质碰撞后会被进一步加速至更高能量并产生我们看到的星云。

 

蟹状星云(图片来源:NASA)

       蟹状星云的高能观测具有超过30年的观测历史,其光谱在22个量级上有精确的测量,但是此前测量最高能量只覆盖到0.3拍电子伏。而本次观测记录到的能量达1.1拍电子伏(拍=千万亿)的伽马光子,由此确定在大约仅为太阳系1/10大小的(约5000倍日地距离)星云核心区内存在能力超强的电子加速器,加速能量达到了人工加速器产生的电子束的能量(欧洲核子研究中心大型正负电子对撞机LEP产生的电子能量)两万倍左右,直逼经典电动力学和理想磁流体力学理论所允许的加速极限。LHAASO这次的测量结果覆盖了从0.0005到1.1拍电子伏的范围,不但确认了此范围内其他实验几十年的观测结果,还实现了前所未有的超高能区(0.3-1.1拍电子伏)的精确测量,这为该能区标准烛光设定了亮度标准。新标准与旧标准相比,能量范围更宽广,向高能延伸了。相关结果由中国科学院高能物理研究所牵头的LHAASO国际合作组完成,并于美国东部时间7月8日(北京时间7月9日凌晨)在《科学》(Science)上发表。

       LHAASO首席科学家曹臻研究员表示,“蟹状星云是为数极少的在射电、红外、光学、紫外、X射线和伽马射线波段都有辐射的天体,历史上对其光谱已经进行了大量的观测研究,是非常明亮且稳定的高能辐射源,因此它在伽马射线等多个波段被作为衡量其他天体亮度的参照标尺。”

 

蟹状星云伽马射线能谱图

       LHAASO将于2021年7月建成并投入科学运行,预期每年可以记录到1~2个来自蟹状星云的拍电子伏光子。未来几年内,更多关于拍电子伏粒子加速的奥秘将被揭开。
 

高海拔宇宙线观测站
 
       国家高能物理科学数据中心为LHAASO建立了完整的数据服务平台,实现数据的采集、存储、汇交、共享及处理,加速科学成果产出。向LHAASO国内外用户提供更加优质数据服务,助力更多重大科学成果的发现。