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“这是粗看,凑近点看,里面大有乾坤。”曹臻又拿出一张“近”图,图上有多个亮点,“一个亮点就有太阳那样大。”他马上强调,最吸引人的不是亮度,而是超高能伽马光子。这些光子几乎均匀分布在“泡泡”上,说明“泡泡”内部存在超级宇宙线加速器,以恒定的速度,源源不断地产生能量至少达到2亿亿电子伏的高能宇宙线粒子,并注入到星际空间。
让能量从“膝”以下,升高到“膝”的10倍,“泡泡”如何加速宇宙线?
“这与‘泡泡’的核心有关。”曹臻指着图片说,“泡泡”的中心是一个恒星形成区,也叫做大质量恒星星团(Cygnus OB2星协),“你看,上面至少有三个红色的亮点,一定范围内有一个亮点就不得了,多个亮点意味着活动很激烈。”
有多激烈?
据介绍,星协是由很多表面温度超过约3万5千度的恒星(O型星)和表面温度超过约1万5千度的恒星(B型星)组成的密集星团,这类恒星一般年轻、炽热且质量大。
“这意味着这些恒星的辐射强度是太阳的百倍至百万倍。”曹臻说,巨大的辐射压将恒星表面物质吹出,形成了强烈的星风,速度可达每秒上千公里。对外,星风与周围星际介质进行碰撞;对内,在狭小的空间中,星风互相猛烈碰撞,内外碰撞一起产生了强激波、强湍流的极端环境,这就形成了强大的粒子加速器,也是迄今为止人们能够认证的第一个超级宇宙线加速源。
“加速器形成后,以质子为主的微观粒子被加速到极高的能量,就是我们在地球上观测到的宇宙线。”曹臻阐释,在星际磁场的作用下,超高能宇宙线从加速区域传播到星际空间,与星际空间中的静止质子发生碰撞,产生高能伽马射线,高能伽马射线光子传播到地球,次级粒子被拉索观测记录下来,科学家们从而重建得到了伽马射线图像。
“此次找到的‘泡泡’好比银河系的小中心,是人类最有希望搞清楚宇宙线起源的天体。”科学家们认为,随着观测时间的增加,拉索将可能探测到更多的千万亿电子伏乃至更高能量宇宙线的加速源,众多“泡泡”一起,或将最终解决银河系宇宙线起源之谜。
拉索刷新认知,带来更多发现
此外,还有一个重要发现同步诞生——宇宙线的扩散速度要远比原来认为的慢。
科学家们解释,原本以为宇宙线的空间很空,一注入银河系便会“跑掉”。但现在被拉索“看到了”,证明它不是一下子跑掉,而是慢慢扩散、弥漫开来,扩散速度比以往想象的至少要慢上100倍。“拉索不断刷新我们的认知,对我们认识宇宙线的传播过程起到了启发作用,因为这种慢慢扩散行为很有可能也代表了银河系的扩散行为。”
“‘泡泡’所影响的空间范围,甚至远超目前观测到的‘泡泡’尺度,这为拉索此前探测到的银河系弥散伽马射线辐射的超出提供了一种可能的解释。”曹臻补充说。
据介绍,拉索是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施,是由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子探测器阵列、7.8万平方米水切伦科夫探测器阵列以及由18台广角切伦科夫望远镜组成的复合阵列。
拉索于2021年7月建成并开始高质量稳定运行,是国际上最灵敏的超高能伽马射线探测装置,由中国科学院高能物理研究所承担运行,采用通用的国际合作模式,实现设施平台与观测数据的开放共享,目前已有32个国内外天体物理研究机构成为拉索的国际合作组成员单位,成员约280人。
据川观新闻