“拉索”首次认证超级宇宙线源

发布时间:2024-07-14 08:47:04 来源: sp20240714

原标题:“拉索”首次认证超级宇宙线源

宇宙线被称为“宇宙飞弹”,其起源是当代天体物理学最重大的前沿科学问题之一。高海拔宇宙线观测站(拉索)继发现超高能伽马射线后,又产出重要成果:在国际上首次认证了一个超级宇宙线源——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,首次找到能量高于1亿亿电子伏的宇宙线的起源天体。

这一成果由中国科学院高能物理研究所牵头的“拉索”国际合作组完成,于2月26日以封面文章的形式发表在学术期刊《科学通报》上。

中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻,是论文的通讯作者之一。据他介绍,宇宙线是从外太空来的带电粒子,其主要成分为质子。一般认为,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,宇宙线从何而来?究竟何种天体能把它加速到这么高能量?对于这些问题,有很多理论猜测,但都没有可靠的观测结果。

“拉索”此次在天鹅座恒星形成区发现一个巨大的“气泡”——巨型超高能伽马射线泡状结构,其内有多个能量超过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。一般来说,产生能量为2千万亿电子伏的伽马光子,需要能量至少高10倍的宇宙线粒子,“这表明‘气泡’内部存在超级宇宙线加速器,源源不断地产生能量至少达到2亿亿电子伏的高能宇宙线粒子,并注入星际空间”。文章的共同通讯作者、中国科学技术大学教授杨睿智解释:“这些高能宇宙线与星际空间中的气体物质发生碰撞产生伽马光子,光子的数目与周围气体的分布呈现清晰的关联,而位于‘气泡’中心附近的大质量恒星星团,则是超级宇宙线加速器最可能的对应天体。”

在这个大“气泡”中,有很多表面温度达到数万度的恒星。它们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。

据曹臻介绍,研究组还根据观测,推断出“气泡”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。“这一结果也为“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。”

“拉索”是国际上最灵敏的超高能伽马射线探测装置,是最强的地面宇宙线“捕手”,随着数据的积累,它有望揭开更多宇宙线的奥秘。曹臻说:“这是迄今为止人们能够认证的第一个超级宇宙线加速源。未来,“拉索”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,有望揭开银河系宇宙线起源之谜。”

(责编:罗知之、陈键)