中日合作團隊觀測到超過100萬億電子伏特的伽馬射線

記者3月2日從中國科學院高能物理研究所獲悉，中日合作團隊利用我國西藏羊八井ASγ實驗陣列在國際上首次發現，距離地球2600光年的超新星遺蹟 SNR G106.3+2.7 發射出超過100萬億電子伏特的伽馬射線。這些伽馬射線可能是被該超新星遺蹟中的激波加速到PeV（比地球上人造加速器的最高能量高100倍）的宇宙射線與附近的分子云碰撞產生的。

（左圖）我國西藏ASγ實驗表面陣列；（右圖）中日合作ASγ實驗團隊在地下增設探測陣列，大大提高了探測伽馬射線的靈敏度。

該超新星遺蹟成為銀河系中的一個候選“拍電子伏特宇宙線加速器”，為解開超高能宇宙射線的起源之謎打開了重要窗口。北京時間今天（3月2日）零時，相關觀測結果在頂級學術期刊《自然天文》發表。

自1912年發現宇宙射線以來，超高能宇宙線的起源問題至今未解，是一個世紀之謎。將宇宙射線加速到PeV（比地球上人造加速器的最高能量高100倍）能量的天體源被稱為“拍電子伏特宇宙線加速器”（“PeVatron”），並被認為應該存在於銀河系中。但是，由於宇宙射線帶電荷，它們在傳播的過程中會受到銀河系磁場的偏轉，到達地球時的方向已經不再指向源頭了，因此無法通過宇宙線的方向來尋找這類加速器。

幸運的是，宇宙射線在其源頭被加速後可能與附近的分子云發生碰撞，產生中性π介子，而π介子衰變產生的伽馬射線不帶電荷，沿直線傳播，因此觀測到的伽馬射線到達方向就是該天體源方向，藉此可以尋找這類加速器。

西藏中日合作ASγ實驗位於海拔4300米的西藏羊八井，始建於1989年，由中科院高能物理研究所，中科院國家天文台等國內12個合作單位以及日本東京大學宇宙線研究所等16個日方合作單位組成。2014年，中日合作ASγ實驗團隊在原有的宇宙線表面陣列的地下增設了地下繆子水切倫科夫探測器，綜合利用表面和地下探測器陣列的數據，可以排除99.92%的宇宙線背景噪聲，從而大大提高了探測伽馬射線的靈敏度。此次，中日合作團隊通過2年有效時間觀測，測量到了來自上述超新星遺蹟方向，超過100萬億電子伏特的超高能伽馬射線。

作為西藏羊八井ASγ實驗的後續項目，我國正在四川稻城建設大面積高海拔宇宙線觀測站LHAASO，其3/4陣列已經建成並投入觀測運行。和ASγ實驗陣列相比，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。

（供圖：中國科學院高能物理研究所）