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    LHAASO发现PeV光子专题

    发布时间:2021-05-21

      卷首语

        国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站( LHAASO)”是伽马射线探测和宇宙线观测的支柱性实验装置,拥有全球最大的水切伦科夫探测器(78,000平方米)和1平方千米粒子探测器阵列,尤其是散布其中的40,000平方米缪子探测器,使之具有全球最高的超高能伽马射线探测灵敏度和甚高能伽马射线源的巡天普査灵敏度。加上18台广角切伦科夫望远镜, LHAASO还具有测量单一成分宇宙线能谱的独特能力,使之具备精确测定宇宙线质子、轻成分和铁核能谱上著名的“膝”状结构的能力。这些都是宇宙线探测100多年的历史中前所未有的新高度,借此将冲击被称之为“世纪之谜”的超高能宇宙线起源难题,即宇宙线源自何处?以及如何使宇宙线粒子获得超过人工加速器千万倍的能量?是什么样的粒子加速机制在宇宙线源区发挥着关键的作用?这次发表的突破性研究成果就是利用部分建成的1平方千米探测器阵列在过去一年的观测数据完成的,虽然只达到80%左右的设计灵敏度,该探测裝置就发现了12个稳定发射被称之为“超高能伽马射线”,即伽马射线能量超过0.1PeV(1PeV=10的15次方电子伏特)的伽马射线源,而且它们的能谱都显示了连贯地延伸到1PeV的简单结构,并没有看到之前广泛认为存在的能谱“截断”现象,即在0.1PeV之上伽马射线的强度迅速降低,并由此折射出银河系内的加速源存在明显的粒子加速能力上限。 LHAASO不但没有观测到这种截断,同时还观测到来自其中两个源的伽马射线明显高于1PeV。这些观测结果清楚地表明,它们的附近存在着“拍电子伏加速器( PeVatron),它们源源不断地把粒子(电子或质子)加速到超过1PeV的能量,并且在与源区内的物质发生强烈的相互作用,从而产生出我们探测到的超高能伽马射线。更令人激动的是,凡是 LHAASO目前的探测灵敏度可及而被探测到的源,都具备这些特征,表明银河系内部普遍存在着 PeVatron,成为超高能宇宙线源的最佳候选天体,定位精度达到了0.2°,这样也就明确了接下来的研究计划:通过精确测量其能谱和相应的伽马射线空间分布,揭开“世纪之谜”的谜底。

          我们为此增发专刊,请专家介绍、解读此突破性成果,以飨读者。 

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