天鹅座来信了｜懵！啥是拍电子伏加速器？科普来了

5月17日10时

中国科学院高能物理研究所、Springer Nature联合发布LHAASO的重大发现——

在银河系内发现大量超高能宇宙加速器和人类观测到的最高能量光子

这些发现突破了人类对银河系内超高能粒子加速的传统认知

将开启“超高能伽马天文学”的新时代

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要读懂上面这一段话并不容易。

因此这篇文章

四川观察联合西南交通大学祝凤荣副教授

将带你逐字逐句的科普

一起来搞懂这条科技界的“大新闻”

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。

观观划重点：

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？

什么是宇宙线？我们为什么要观测宇宙线？

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。

观观划重点：

当你关心粮食和蔬菜的时候，科学家们正在关心宇宙线起源，关心宇宙演化，关心“人类命运将何去何从”的终极命题，我们的征途是星辰大海……

“超高能宇宙加速器”——到底是什么？

上一小段里，我们解释了什么是宇宙线。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。

观观划重点：

传说中的黑洞有可能是“超高能宇宙加速器”。

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。

观观划重点：

以前都说极限是0.1，现在来了个1.4，你说是不是突破了？

“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。

观观划重点：

LHAASO开启了整个电磁波谱上能量最高的一个天文观测窗口，即：超高能伽马天文。

因此，LHAASO观测到的拍电子伏伽马光子，为我们开辟了一个全新的探索空间。

新闻多一点：

LHAASO项目的实施将是我国大科学装置在西南地区的重要布局，高海拔宇宙线观测站落户四川将充分发挥西南地区天文观测资源优势，打造宇宙线研究和天文观测基地，建成国际领先水平的高海拔宇宙线研究中心，对四川的科技、文化教育、旅游以及地方经济发展产生积极的影响。高海拔宇宙线观测站总体投资约12亿元，包含四川省配套建设资金约3亿元，项目科学寿命在20年以上。

参考论文：

《火眼辣叟——高海拔宇宙线观测站（LHAASO）首批科学成果发表》（刘四明）