国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”在银河系内发现大量超高能宇宙加速器,并记录到最高1.4拍电子伏伽马光子,这是人类观测到的最高能量光子,改变了人类对银河系的传统认知,开启“超高能伽马天文学”时代。这些发现于2021年5月17日发表在《Nature》(《自然》)。该研究工作由中国科学院高能物理研究所牵头的LHAASO国际合作组完成。
高海拔宇宙线观测站尚在建设中,这次报道的成果是基于已经建成的1/2规模探测装置,在2020年内的11个月的观测数据。科学家发现最高能量的光子来自天鹅座内非常活跃的恒星形成区,还发现了12个稳定伽马射线源,光子能量一直延伸到1拍电子伏附近。
这些发现开启了“超高能伽马天文”观测时代,表明年轻的大质量星团、超新星遗迹、脉冲星风云等是银河系内加速超高能宇宙线的最佳候选天体,有助于破解宇宙线起源这个“世纪之谜”。
LHAASO的结果表明,科学家们需要重新认识银河系高能粒子的产生、传播机制,进一步研究极端天体现象及其相关的物理过程,并在极端条件下检验基本物理规律。LHAASO开发了远距时钟同步技术,确保整个阵列的每个探测器同步精度可达亚纳秒水平;在高速前端信号数字化、高速数据传输、大型计算集群协助下满足了多种触发模式并行等尖端技术要求。
中国的宇宙线实验研究经历了三个阶段,目前在建的LHAASO是第三代高山宇宙线实验室。高山实验能够充分利用大气作为探测介质,在地面进行观测,探测器规模可远大于大气层外的天基探测器。由于超高能量宇宙线数量稀少,这是唯一的观测手段。