中日科学家发现迄今最高能量宇宙伽马射线

左图:西藏ASgamma实验观测到蟹状星云方向100TeV以上的伽马射线。

右图:美国哈勃望远镜观测的蟹状星云图片。（图片来自于NASA）

3日，中日两国科学家同日发布一项成果：中日合作西藏ASgamma实验团队利用我国西藏羊八井ASgamma实验阵列发现了迄今为止最高能量的宇宙伽马射线，这些宇宙伽马射线来自蟹状星云方向，最高能量达450TeV（1TeV即10的12次方电子伏特），比此前国际上正式发表的75TeV的最高能量高出5倍以上。这一发现标志着超高能伽马射线天文观测进入到100TeV以上的观测能段，相关观测结果将于7月下旬作为亮点文章在国际学术刊物《物理评论快报》上发表。

中国科学院高能物理研究所研究员、本实验中方负责人黄晶介绍，此前国际上由德国探测到的最高能量的伽马射线为75TeV。此次ASgamma实验团队发现了24个100TeV以上的伽马射线事例，其中能量最高的约为450TeV。

科学家们进一步确认，这些最高能量的宇宙伽马射线来自于蟹状星云。蟹状星云是位于金牛座的超新星遗迹，它可能是人类最熟悉的天体了——我国宋朝的天文学家在1054年详细记录了该超新星的爆发现象。现在我们知道，蟹状星云距离地球6500光年左右，其能量来源是位于其中的高速旋转的脉冲星，即蟹状星云脉冲星。蟹状星云在全电磁波段均具有较高的亮度，因此科学家在从射电、光学、X射线直至伽马射线的整个电磁波段对其进行了详细的观测和研究。

黄晶说：“包括伽马射线在内的种种超高能宇宙线的来源，是一个世纪谜题。伽马射线是光子，不带电，不会像其他种类的宇宙线受银河磁场的影响偏转方向。因此，我们能够追溯其源头。”而这一实验观测的进步，将推动人类进一步了解极端粒子加速过程及其发生的极端环境，进而探索极端宇宙。黄晶介绍，超高能量的伽马射线又是由高能带电粒子产生的，了解伽马射线所能达到的最高能量以及这些超高能光子能量的分布，研究产生超高能伽马射线的各种可能天体，都有助于揭示宇宙中极端天体的性质，以及其中的极端天体物理过程和规律。

科学家们也由此推断，蟹状星云可能是“银河系内天然的高能粒子加速器”，与目前世界上最大的人工电子加速器（加速电子最高能量0.2TeV）相比，蟹状星云的电子加速能力至少高了上万倍。

据介绍，我国将继续开展并加强该领域的研究。中国科学院高能物理研究所相关负责人表示，我国正在四川稻城建设ASgamma实验的后续项目——大面积高海拔宇宙线观测站（LHAASO），其部分设备已经建成并投入观测运行。和ASgamma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。此外，在空间探测方面，高能所正在牵头申请“探索极端宇宙”EXU国际合作大科学计划，其综合性能比现有的同类空间探测设备将有大幅度的提升，宇宙线物理和高能伽马射线天文也是该计划的主要科学目标。这些项目的实施以及国内外的其他空间和高山天文台相结合，将对宇宙极端天体和过程开展全天空、全时域、多波段和多信使的立体观测研究，预期实施之后将取得更多和更重大的成果。（记者齐芳）