改变人类对银河系粒子加速传统认知的发现，到底是什么？ 川观深度 伽马( 二 )
LHAASO仅用了11个月就探测到并确认来自蟹状星云的约1 PeV的伽马光子。可以说进一步验证了其高灵敏度。
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发布会现场
我们说过，捕捉到宇宙线不是目的，要进一步反推它的源头。科学家们发现了能量超过拍电子伏的光子，来自天鹅座内非常活跃的恒星形成区。
此外，科学家们还发现了12个稳定伽马射线源，能量一直延伸到1拍电子伏附近。这是位于LHAASO视场内银河系内最明亮的一批伽马射线源，测到的伽马光子信号高于背景7倍标准偏差以上，源的位置测量精度优于0.3°。
LHAASO项目首席科学家、中科院高能所研究院曹臻介绍，这次观测积累的数据还很有限，但所有能被LHAASO观测到的源，它们都具有0.1拍电子伏以上的伽马辐射，也叫“超高能伽马辐射”。这表明银河系内遍布拍电子伏加速器。
银河系内的宇宙线加速器存在能量极限是个“常识”，过去预言的极限就在1拍电子伏附近，从而预言的伽马射线能谱在0.1拍电子伏附近有“截断”现象。LHAASO的发现完全突破了这个“极限”——大多数源没有截断。
曹臻表示，这些发现开启了 “超高能伽马天文”观测时代，表明以年轻的大质量星团、超新星遗迹、脉冲星风云等是银河系超高能宇宙线起源的最佳候选天体。
这些发现有助于破解宇宙线起源这个“世纪之谜”。同时，曹臻表示，科学家们也需要重新认识银河系高能粒子的产生、传播机制，探索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。
这些发现有哪些突破?
改变了人类对银河系粒子加速的传统认知
曹臻告诉四川在线采访人员，LHAASO的此次科学成果在宇宙线起源的研究进程中具有里程碑意义。具体来说有以下三个方面的科学突破：
首先，揭示了银河系内普遍存在能够将粒子能量加速超过1 PeV的宇宙加速器。
在这次观测中，LHAASO所能够有效观测到的伽马射线源中(观测中超过5倍标准偏差的超出视为有效观测)，几乎所有的辐射能谱都稳定延伸到几百TeV且没有明显截断，说明辐射这些伽马射线的父辈粒子能量超过1 PeV。这突破了当前流行的理论模型所宣称的银河系宇宙线加速PeV能量极限。同时，LHAASO发现银河系内大量存在PeV宇宙加速源，也向着解决宇宙线起源这一科学难题迈出了至关重要的一步。
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其次，是开启了“超高能伽马天文学”时代。
1989年，亚利桑那州惠普尔天文台成功发现了首个具有0.1 TeV以上伽马辐射的天体，标志着“甚高能”伽马射线天文学时代的开启，在随后的30年里，已经发现超过两百多个“甚高能”伽马射线源。直到2019年,人类才探测到首个具有“超高能”伽马射线辐射的天体。出人意料的是，仅基于1/2规模的LHAASO不到1年的观测数据，就将“超高能”伽马射线源数量提升到了12个。
随着LHAASO的建成和持续不断的数据积累，可以预见这一最高能量的天文学研究将给我们展现一个充满新奇现象的未知的“超高能宇宙”，为探索宇宙极端天体物理现象提供丰富的数据。由于宇宙大爆炸产生的背景辐射无所不在，它们会吸收高于1 PeV的伽马射线。到了银河系以外，即使产生了PeV伽马射线，由于背景辐射光子的严重吸收，我们也接受不到这些PeV伽马射线。LHAASO打开银河系PeV辐射探测窗口，对于研究遥远的宇宙也具有特殊意义。
此外，能量超过1 PeV的伽马射线光子首现天鹅座区域和蟹状星云。PeV光子的探测是伽马天文学的一座里程碑，承载着伽马天文界的梦想，长期以来一直是伽马天文发展的强大驱动力。事实上，上个世纪80年代伽马天文学爆发式发展的一个重要动机就是挑战PeV光子极限。天鹅座恒星形成区是银河系在北天区最亮的区域，拥有多个大质量恒星星团，大质量恒星的寿命只有几百万年，因此星团内部充满了恒星生生死死的剧烈活动，具有复杂的强激波环境，是理想的宇宙线加速场所，被称为“粒子天体物理实验室”。
LHAASO在天鹅座恒星形成区首次发现PeV伽马光子，使得这个本来就备受关注的区域成为寻找超高能宇宙线源的最佳天区。这个区域将是LHAASO以及相关的多波段、多信使天文观测设备关注的焦点，有望成为解开“世纪之谜”的突破口。
历史上对蟹状星云大量的观测研究，使之成为几乎唯一具有清楚辐射机制的标准伽马射线源，跨越22个量级的光谱精确测量清楚地表明其电子加速器的标志性特征。然而，LHAASO测到的超高能光谱，特别是PeV能量的光子，严重挑战了这个高能天体物理的“标准模型”，甚至于对更加基本的电子加速理论提出了挑战。
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