超新星残留中发现超过100 TeV的伽马射线,识别PeVatron的三个标准是什么?
中日共同研究项目“西藏ASgamma实验”从G106.3 + 2.7(距地球2600光年的超新星残留(SNR))中发现了超过100 TeV(兆电子伏特)的伽马射线。
这些伽马射线是从SNr中观察到的最高能量,可能是在G106.3+2.7中加速的宇宙射线(质子)与附近的分子云碰撞时产生的。
“SNR G106.3 + 2.7因此第一候选对象以足够的证据在银河,可以加速宇宙射线(质子)高达1 PEV(PETA电子伏特)。”黄晶,的领先研究者之一该研究来自中国科学院高能物理研究所(IHEP)。她说:“它将为寻找PeVatron打开重要的窗口。”
宇宙射线是质子和其他原子核从太空到达。已在10 9 -10 20 eV能量范围内检测到它们。能够将宇宙射线加速到PeV能量的天体物理源被称为“质子”,其能量是地球上任何人造加速器所能达到的最高能量的100倍。
人们相信PeVatron存在于我们的银河系中,但尚未被发现,这使其成为宇宙中长期存在的谜团。由于宇宙射线的电荷可以被银河磁场偏转,所以在地球上观察到的它们的到达方向不会指向它们的起源。所以,利用宇宙射线的方向是不可能找到“PeVatron”的。
幸运的是,宇宙射线在其源处加速后,可以与附近的分子云相撞并产生伽马射线。伽马射线不带电荷,可以直接从其源传播到地球,从而可以追踪其源。
识别“ PeVatron”有三个标准,即超过100 TeV的伽马射线发射,伽马射线发射区域的相干性和附近分子云的位置,以及排除“轻子起源” ,即脉冲星的高能电子源。
迄今为止,还没有发现符合上述三个标准的天文学资源。VERITAS成像空气切伦科夫望远镜在TeV能量下检测到SNR G106.3 + 2.7,费米伽马射线太空望远镜在GeV能量下检测到了信噪比。但是,这两个实验都没有对100 TeV伽玛射线足够敏感。最近,HAWC实验从该SNR观察到40-100 TeV能量范围内的伽马射线,但其伽马射线发射区域与脉冲星PSR J2229 + 6114重叠 出生于SNR G106.3 + 2.7的超新星爆炸中。
西藏ASgamma实验小组使用大约两年的数据,观察到超新星残差(SNR)G106.3 + 2.7达到和超过100 TeV的超高能伽玛射线,发现该伽玛射线的发射区域很远远离G106.3 + 2.7东北角的脉冲星,并且与附近分子云的位置高度吻合。
这些观察事实表明,在此SNR中,宇宙射线原子核可能被加速到PeV能量,然后与分子云碰撞,从而通过中性π介子的产生和随后的衰变产生γ射线光子。
重要的工作表明,SNR G106.3 + 2.7是我们银河系中极具潜力的“ PeVatron”,这是在试图揭示宇宙射线神秘起源方面迈出的一大步。
自1990年以来,中日两国就共同开展了西藏ASgamma实验,该实验位于海拔4300 m的西藏洋巴井镇。它涉及28个国际机构,包括日本东京大学的IHEP和ICRR。
自2014年以来,该小组在现有的宇宙射线阵列下增加了水切伦科夫型μon探测器。这使他们能够抑制99.92%的宇宙射线背景噪声,从而显着提高灵敏度。
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