中日科學家發現迄今最高能量宇宙伽馬射線

左圖:西藏ASgamma實驗觀測到蟹狀星雲方向100TeV以上的伽馬射線。

右圖:美國哈勃望遠鏡觀測的蟹狀星雲圖片。（圖片來自於NASA）

3日，中日兩國科學家同日發佈一項成果：中日合作西藏ASgamma實驗團隊利用我國西藏羊八井ASgamma實驗陣列發現了迄今為止最高能量的宇宙伽馬射線，這些宇宙伽馬射線來自蟹狀星雲方向，最高能量達450TeV（1TeV即10的12次方電子伏特），比此前國際上正式發表的75TeV的最高能量高出5倍以上。這一發現標誌著超高能伽馬射線天文觀測進入到100TeV以上的觀測能段，相關觀測結果將於7月下旬作為亮點文章在國際學術刊物《物理評論快報》上發表。

中國科學院高能物理研究所研究員、本實驗中方負責人黃晶介紹，此前國際上由德國探測到的最高能量的伽馬射線為75TeV。此次ASgamma實驗團隊發現了24個100TeV以上的伽馬射線事例，其中能量最高的約為450TeV。

科學家們進一步確認，這些最高能量的宇宙伽馬射線來自於蟹狀星雲。蟹狀星雲是位於金牛座的超新星遺跡，它可能是人類最熟悉的天體了——我國宋朝的天文學家在1054年詳細記錄了該超新星的爆發現象。現在我們知道，蟹狀星雲距離地球6500光年左右，其能量來源是位於其中的高速旋轉的脈衝星，即蟹狀星雲脈衝星。蟹狀星雲在全電磁波段均具有較高的亮度，因此科學家在從射電、光學、X射線直至伽馬射線的整個電磁波段對其進行了詳細的觀測和研究。

黃晶説：“包括伽馬射線在內的種種超高能宇宙線的來源，是一個世紀謎題。伽馬射線是光子，不帶電，不會像其他種類的宇宙線受銀河磁場的影響偏轉方向。因此，我們能夠追溯其源頭。”而這一實驗觀測的進步，將推動人類進一步了解極端粒子加速過程及其發生的極端環境，進而探索極端宇宙。黃晶介紹，超高能量的伽馬射線又是由高能帶電粒子産生的，了解伽馬射線所能達到的最高能量以及這些超高能光子能量的分佈，研究産生超高能伽馬射線的各種可能天體，都有助於揭示宇宙中極端天體的性質，以及其中的極端天體物理過程和規律。

科學家們也由此推斷，蟹狀星雲可能是“銀河系內天然的高能粒子加速器”，與目前世界上最大的人工電子加速器（加速電子最高能量0.2TeV）相比，蟹狀星雲的電子加速能力至少高了上萬倍。

據介紹，我國將繼續開展並加強該領域的研究。中國科學院高能物理研究所相關負責人表示，我國正在四川稻城建設ASgamma實驗的後續項目——大面積高海拔宇宙線觀測站（LHAASO），其部分設備已經建成並投入觀測運行。和ASgamma實驗相比，LHAASO的能量範圍和靈敏度要高一個數量級以上，將把宇宙線物理和超高能伽馬射線天文研究推進到一個新的高度。此外，在空間探測方面，高能所正在牽頭申請“探索極端宇宙”EXU國際合作大科學計劃，其綜合性能比現有的同類空間探測設備將有大幅度的提升，宇宙線物理和高能伽馬射線天文也是該計劃的主要科學目標。這些項目的實施以及國內外的其他空間和高山天文臺相結合，將對宇宙極端天體和過程開展全天空、全時域、多波段和多信使的立體觀測研究，預期實施之後將取得更多和更重大的成果。（記者齊芳）