報(bào)！來(lái)自"天鵝座"的神秘訊息，四川稻城收到！
宇宙無(wú)限，信使有痕！
5月17日
國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施
“高海拔宇宙線觀測(cè)站(LHAASO)”公布
在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)
大量超高能宇宙加速器
并記錄到能量達(dá)1.4拍電子伏的
伽馬光子（拍=千萬(wàn)億）
這是人類觀測(cè)到的最高能量光子
突破了人類對(duì)銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知
開啟了“超高能伽馬天文學(xué)”的時(shí)代
四川LHAASO如何破解宇宙演化之謎
這些發(fā)現(xiàn)將于
2021年5月17日發(fā)表在《Nature》(自然)
該研究工作由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所
牽頭的LHAASO國(guó)際合作組完成
看不懂？
那是因?yàn)槟銢](méi)搞清楚這些
科普來(lái)了！
01
什么是LHAASO？它到底有多牛？
LHAASO(Large High Altitude Air Shower Observatory) 全稱為：高海拔宇宙線觀測(cè)站。
2017年，國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——LHAASO在四川稻城海子山開建，經(jīng)過(guò)4年建設(shè)，預(yù)計(jì)今年7月將整體完工。
具體來(lái)說(shuō)，它是捕捉“天外來(lái)客”的“火眼金睛”、國(guó)之重器，它是目前世界上靈敏度最高的超高能伽馬射線觀測(cè)站，它將助力于破解宇宙線起源這一“世紀(jì)之謎”，在建設(shè)過(guò)程中，它已經(jīng)陸續(xù)有1/2、3/4的陣列投入科學(xué)運(yùn)行。
LHAASO的核心科學(xué)目標(biāo)就是：探索高能宇宙線起源以及相關(guān)的宇宙演化、高能天體演化，尋找暗物質(zhì)。
LHAASO憑借其高海拔、大面積以及極強(qiáng)的背景排除能力成為世界上最靈敏度的超高能伽馬射線觀測(cè)站，就在四川稻城的海子山上；項(xiàng)目還沒(méi)建完，就取得了重大成果，你說(shuō)牛不牛？
02
什么是宇宙線？我們?yōu)槭裁匆^測(cè)它？
宇宙線是來(lái)自宇宙空間的高能粒子，是連接宇觀與微觀的重要載體，對(duì)它們的研究貫穿粒子物理學(xué)、宇宙學(xué)、天體物理學(xué)三大學(xué)科領(lǐng)域，直接關(guān)系宇宙中高能粒子如何被加速以及怎么傳播，是人類探索宇宙及其演化的重要途徑。
03
“超高能宇宙加速器”——到底是什么？
能將宇宙線加速到高達(dá)千萬(wàn)億電子伏特（PeV）級(jí)別的天體，被稱為“拍電子伏宇宙加速器”（PeVatron），又名超高能宇宙加速器。
超高能宇宙線加速器可能是銀河系內(nèi)活動(dòng)最為劇烈的天體。根據(jù)理論模型，超新星遺跡、恒星形成區(qū)和銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞等，是最可能的超高能宇宙加速器。
04
如何理解“人類觀測(cè)到的最高能量光子”？
LHAASO探測(cè)到來(lái)自銀河系內(nèi)的能量1.4拍電子伏的伽馬光子（拍=千萬(wàn)億），這是人類迄今觀測(cè)到的最高能量光子。這個(gè)光子，改變了人類對(duì)銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知。要知道，人類在地球上建造的最大加速器（歐洲核子研究中心的LHC）只能將粒子加速到0.01拍電子伏。
此前，銀河系內(nèi)的宇宙線加速器存在能量極限是個(gè)“常識(shí)”，過(guò)去預(yù)言其輻射出的光子的能量極限就在0.1拍電子伏附近，而LHAASO的新發(fā)現(xiàn)完全打破了這個(gè)極限，為我們開辟了一個(gè)全新的探索空間。
05
“超高能伽馬天文學(xué)”的新時(shí)代來(lái)了？
1989年，亞利桑那州惠普爾天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)了首個(gè)具有0.1 TeV以上伽馬輻射的天體，標(biāo)志著“甚高能”伽馬射線天文學(xué)時(shí)代的開啟，在隨后的30年里，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過(guò)兩百多個(gè)“甚高能”伽馬射線源。但是，直到2019年，人類才探測(cè)到首個(gè)具有“超高能”伽馬射線輻射的天體。
令人驚喜的是，僅基于1/2規(guī)模的LHAASO不到1年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，就將“超高能”伽馬射線源數(shù)量提升到了12個(gè)。
隨著LHAASO的建成和持續(xù)不斷的數(shù)據(jù)積累，可以預(yù)見(jiàn)這一最高能量的天文學(xué)研究將給我們展現(xiàn)一個(gè)充滿新奇現(xiàn)象的“超高能宇宙”，為探索極端天體物理現(xiàn)象提供豐富的數(shù)據(jù)。
我們知道，由于宇宙大爆炸產(chǎn)生的背景輻射無(wú)所不在，它們會(huì)吸收高于1 PeV的伽馬射線。在銀河系之外，即使它們產(chǎn)生出來(lái)，由于被背景輻射嚴(yán)重吸收，我們也接受不到。由此可見(jiàn)，LHAASO打開的這個(gè)在PeV能量觀測(cè)銀河系的窗口，對(duì)于研究遙遠(yuǎn)的宇宙也具有特殊意義。
發(fā)現(xiàn)拍電子伏宇宙加速器和PeV光子
有何意義？
具體來(lái)說(shuō)有以下三個(gè)方面的科學(xué)突破。
揭示了銀河系內(nèi)普遍存在能夠?qū)⒘Ｗ幽芰考铀俪^(guò)1 PeV的宇宙加速器。這突破了當(dāng)前流行的理論模型所宣稱的銀河系宇宙線加速PeV能量極限。同時(shí)，LHAASO發(fā)現(xiàn)銀河系內(nèi)大量存在PeV宇宙加速源，也向著解決宇宙線起源這一科學(xué)難題邁出了至關(guān)重要的一步。
開啟“超高能伽馬天文學(xué)”時(shí)代。1989年，亞利桑那州惠普爾天文臺(tái)成功發(fā)現(xiàn)了首個(gè)具有0.1 TeV以上伽馬輻射的天體，標(biāo)志著“甚高能”伽馬射線天文學(xué)時(shí)代的開啟，在隨后的30年里，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過(guò)兩百個(gè)“甚高能”伽馬射線源。直到2019年,人類才探測(cè)到首個(gè)具有“超高能”伽馬射線輻射的天體。出人意料的是，僅基于1/2規(guī)模的LHAASO不到1年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，就將“超高能”伽馬射線源數(shù)量提升到了12個(gè)。
隨著LHAASO的建成和持續(xù)不斷的數(shù)據(jù)積累，可以預(yù)見(jiàn)這一最高能量的天文學(xué)研究將給我們展現(xiàn)一個(gè)充滿新奇現(xiàn)象的未知的“超高能宇宙”，為探索宇宙極端天體物理現(xiàn)象提供豐富的數(shù)據(jù)。LHAASO打開銀河系PeV輻射探測(cè)窗口，對(duì)于研究遙遠(yuǎn)的宇宙也具有特殊意義。
此外，能量超過(guò)1 PeV的伽馬射線光子首現(xiàn)天鵝座區(qū)域和蟹狀星云。天鵝座恒星形成區(qū)是銀河系在北天區(qū)最亮的區(qū)域，擁有多個(gè)大質(zhì)量恒星星團(tuán)，大質(zhì)量恒星的壽命只有幾百萬(wàn)年，因此星團(tuán)內(nèi)部充滿了恒星生生死死的劇烈活動(dòng)，具有復(fù)雜的強(qiáng)激波環(huán)境，是理想的宇宙線加速場(chǎng)所，被稱為“粒子天體物理實(shí)驗(yàn)室”。
LHAASO在天鵝座恒星形成區(qū)首次發(fā)現(xiàn)PeV伽馬光子，使得這個(gè)本來(lái)就備受關(guān)注的區(qū)域成為尋找超高能宇宙線源的最佳天區(qū)。這個(gè)區(qū)域?qū)⑹荓HAASO以及相關(guān)的多波段、多信使天文觀測(cè)設(shè)備關(guān)注的焦點(diǎn)，有望成為解開“世紀(jì)之謎”的突破口。
