宇宙无限，信使有痕!
5月17日
国家重大科技基础设施
“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”公布
在银河系内发现
大量超高能宇宙加速器
并记录到能量达1.4拍电子伏的
伽马光子(拍=千万亿)
这是人类观测到的最高能量光子
突破了人类对银河系粒子加速的传统认知
开启了“超高能伽马天文学”的时代
四川LHAASO如何破解宇宙演化之谜
这些发现将于
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
看不懂?
那是因为你没搞清楚这些
科普来了!
01
什么是LHAASO?它到底有多牛?
LHAASO(Large High Altitude Air Shower Observatory) 全称为：高海拔宇宙线观测站。
2017年，国家重大科技基础设施——LHAASO在四川稻城海子山开建，经过4年建设，预计今年7月将整体完工。
具体来说，它是捕捉“天外来客”的“火眼金睛”、国之重器，它是目前世界上灵敏度最高的超高能伽马射线观测站，它将助力于破解宇宙线起源这一“世纪之谜”，在建设过程中，它已经陆续有1/2、3/4的阵列投入科学运行。
LHAASO的核心科学目标就是：探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体演化，寻找暗物质。
LHAASO凭借其高海拔、大面积以及极强的背景排除能力成为世界上最灵敏度的超高能伽马射线观测站，就在四川稻城的海子山上;项目还没建完，就取得了重大成果，你说牛不牛?
02
什么是宇宙线?我们为什么要观测它?
宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子，是连接宇观与微观的重要载体，对它们的研究贯穿粒子物理学、宇宙学、天体物理学三大学科领域，直接关系宇宙中高能粒子如何被加速以及怎么传播，是人类探索宇宙及其演化的重要途径。
03
“超高能宇宙加速器”——到底是什么?
能将宇宙线加速到高达千万亿电子伏特(PeV)级别的天体，被称为“拍电子伏宇宙加速器”(PeVatron)，又名超高能宇宙加速器。
超高能宇宙线加速器可能是银河系内活动最为剧烈的天体。根据理论模型，超新星遗迹、恒星形成区和银河系中心的超大质量黑洞等，是最可能的超高能宇宙加速器。
04
如何理解“人类观测到的最高能量光子”?
LHAASO探测到来自银河系内的能量1.4拍电子伏的伽马光子(拍=千万亿)，这是人类迄今观测到的最高能量光子。这个光子，改变了人类对银河系粒子加速的传统认知。要知道，人类在地球上建造的最大加速器(欧洲核子研究中心的LHC)只能将粒子加速到0.01拍电子伏。
此前，银河系内的宇宙线加速器存在能量极限是个“常识”，过去预言其辐射出的光子的能量极限就在0.1拍电子伏附近，而LHAASO的新发现完全打破了这个极限，为我们开辟了一个全新的探索空间。
05
“超高能伽马天文学”的新时代来了?
1989年，亚利桑那州惠普尔天文台发现了首个具有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。但是，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。
令人惊喜的是，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“超高能宇宙”，为探索极端天体物理现象提供丰富的数据。
我们知道，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。在银河系之外，即使它们产生出来，由于被背景辐射严重吸收，我们也接受不到。由此可见，LHAASO打开的这个在PeV能量观测银河系的窗口，对于研究遥远的宇宙也具有特殊意义。
发现拍电子伏宇宙加速器和PeV光子
有何意义?
具体来说有以下三个方面的科学突破。
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。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。
开启“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。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。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。（封面新闻记者 杨晨 刘微 罗彬月 王秋萱 袁一瑗 欧阳晨雨 梁家旗 罗一致(实习)综合四川观察等）
