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高海拔宇宙线观测站取得重要新成果: 测定标准烛光的超高能段亮度、发现脉冲星晕状辐射 我校做出重要贡献

来源:物理科学与技术学院    日期:2021/7/16 8:54:27    点击数:941

宇宙线的起源、加速和传播是粒子天体物理领域的重大科学问题。超高能伽马射线的观测是研究宇宙线加速和传播的重要手段之一。我国重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站(LHAASO)在超高能伽马射线观测方面的灵敏度已达到国际领先水平,开启了超高能伽马射线天文学的新时代!

近日,LHAASO合作组科研人员精确测量了天文标准烛光蟹状星云的流量,观测覆盖3.5个量级的能量范围(图1),为超高能伽马源的流量测量确定了新标准。此次观测还记录到能量高达1.1拍电子伏(拍=千万亿)的伽马光子,表明在该星云核心区存在加速能力超强的电子加速器,其加速的能量达到人工加速器(欧洲核子研究中心大型正负电子对撞机LEP)产生的电子束能量的两万倍左右,直逼经典磁流体理论所允许的加速极限!相关研究成果已于7月9号凌晨在《Science》杂志上发表(https://science.sciencemag.org/content/early/2021/07/07/science.abg5137.full)。值得注意的是,对于来自蟹状星云方向的超高能伽马光子,除了KM2A和WCDA的探测,由西南交通大学承担标定系统建设和远程控制的WFCTA也同时探测到两个能量接近拍电子伏(能量分别为0.88和0.92拍电子伏)的伽马光子(图2),这些观测对于准确测量光子的能量非常重要。

此外,LHAASO合作组科研人员还在一颗中等年龄(约21万年)脉冲星PSR J0622+3749周围发现了迄今为止第三例延展伽马辐射晕现象(图3),并首次探测到此类延展晕0.1 拍电子伏以上的辐射。与之前发现晕的两颗脉冲星相比,这个源距离地球要远5倍以上,LHAASO的高灵敏度对于这个晕的发现至关重要。LHAASO的观测结果表明高速旋转(周期小于1秒)的中等年龄脉冲星周围可能普遍存在高能伽马辐射晕,对这类源的系统研究将有助于我们揭示脉冲星中的粒子加速和传播特征。这一研究成果在Physical Review Letters上刚刚发表(https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.241103),并被美国物理学会网站选为亮点成果加以报道(https://physics.aps.org/articles/v14/s77)。

西南交通大学物理科学与技术学院的粒子天体物理团队作为LHAASO合作组的重要合作单位,有超过20名师生为取得这一重要新成果做出贡献(图4)。其中,粒子天体物理团队承担了LHAASO-WFCTA的标定、大气监测及远程控制等任务。WFCTA由18台望远镜组成,需要在晴朗的夜晚运行,西南交通大学师生参与了夜间值班观测。此次对蟹状星云的观测,WFCTA有10台望远镜探测到能量接近拍电子伏的伽马光子,在获取观测数据方面起到了关键作用。团队负责人刘四明教授作为LHAASO出版委员会主席参与协调了这两篇文章的发表工作。随着LHAASO今年年底全面建成运行,粒子天体物理团队将在宇宙线物理分析、伽马射线天文、宇宙线交叉前沿研究方面继续开展深入研究,为解决宇宙线起源这一重大科学难题做出更大贡献。

图1.蟹状星云的超高能伽马射线能谱测量

 

图2.LHAASO三大探测器同时探测到能量达0.88拍电子伏的伽马光子

图3.LHAASO观测的脉冲星J0622+3749延展晕状伽马辐射显著性图

图4.粒子天体物理团队成员在LHAASO-WFCTA现场

作者:郭剑     责任编辑:阮琦

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