卷首語

　　　　國家重大科技基礎設施“高海拔宇宙線觀測站( LHAASO)”是伽馬射線探測和宇宙線觀測的支柱性實驗裝置,擁有全球最大的水切倫科夫探測器(78,000平方米)和1平方千米粒子探測器陣列,尤其是散布其中的40,000平方米繆子探測器,使之具有全球最高的超高能伽馬射線探測靈敏度和甚高能伽馬射線源的巡天普査靈敏度。加上18臺廣角切倫科夫望遠鏡, LHAASO還具有測量單一成分宇宙線能譜的獨特能力,使之具備精確測定宇宙線質(zhì)子、輕成分和鐵核能譜上著名的“膝”狀結(jié)構(gòu)的能力。這些都是宇宙線探測100多年的歷史中前所未有的新高度,借此將沖擊被稱之為“世紀之謎”的超高能宇宙線起源難題,即宇宙線源自何處?以及如何使宇宙線粒子獲得超過人工加速器千萬倍的能量?是什么樣的粒子加速機制在宇宙線源區(qū)發(fā)揮著關(guān)鍵的作用?這次發(fā)表的突破性研究成果就是利用部分建成的1平方千米探測器陣列在過去一年的觀測數(shù)據(jù)完成的,雖然只達到80%左右的設計靈敏度,該探測裝置就發(fā)現(xiàn)了12個穩(wěn)定發(fā)射被稱之為“超高能伽馬射線”,即伽馬射線能量超過0.1PeV(1PeV=10的15次方電子伏特)的伽馬射線源,而且它們的能譜都顯示了連貫地延伸到1PeV的簡單結(jié)構(gòu),并沒有看到之前廣泛認為存在的能譜“截斷”現(xiàn)象,即在0.1PeV之上伽馬射線的強度迅速降低,并由此折射出銀河系內(nèi)的加速源存在明顯的粒子加速能力上限。 LHAASO不但沒有觀測到這種截斷,同時還觀測到來自其中兩個源的伽馬射線明顯高于1PeV。這些觀測結(jié)果清楚地表明,它們的附近存在著“拍電子伏加速器( PeVatron),它們源源不斷地把粒子(電子或質(zhì)子)加速到超過1PeV的能量,并且在與源區(qū)內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生強烈的相互作用,從而產(chǎn)生出我們探測到的超高能伽馬射線。更令人激動的是,凡是 LHAASO目前的探測靈敏度可及而被探測到的源,都具備這些特征,表明銀河系內(nèi)部普遍存在著 PeVatron,成為超高能宇宙線源的最佳候選天體,定位精度達到了0.2°,這樣也就明確了接下來的研究計劃:通過精確測量其能譜和相應的伽馬射線空間分布,揭開“世紀之謎”的謎底。

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