LHAASO måler Krabbetågens lysstyrke, giver ny UHE gammastrålestandard

The Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO), en af ​​Kinas vigtigste nationale videnskabelige og teknologiske infrastrukturfaciliteter, har nøjagtigt målt lysstyrken over 3,5 størrelsesordener af standardlyset i højenergi-astronomi, kalibrerer dermed en ny standard for ultrahøjenergi (UHE) gammastrålekilder. Standardlyset er den berømte krabbetåge, som udviklede sig fra "gæstestjernen" optaget af de kejserlige astronomer fra Kinas Song-dynasti.

LHAASO har også opdaget en foton med en energi på 1,1 PeV (1 PeV =en kvadrillion elektronvolt), hvilket indikerer tilstedeværelsen af ​​en ekstremt kraftig elektronaccelerator - omkring en tiendedel af størrelsen af ​​solsystemet - placeret i kerneområdet af Krabbetågen. Acceleratoren kan aktivere elektroner til et niveau på 20, 000 gange større end hvad CERNs Large Electron-Positron Collider (LEP) nogensinde kan opnå, nærmer sig dermed den absolutte teoretiske grænse, som den klassiske elektrodynamik og den ideelle magnetohydrodynamik udgør.

Resultater vil blive offentliggjort i Videnskab den 8. juli. LHAASO International Collaboration, som ledes af Institute of High Energy Physics ved det kinesiske videnskabsakademi, afsluttet denne undersøgelse.

Krabbetågen er 6, 500 lysår fra Jorden. Den blev født i en lys supernovaeksplosion i 1054 e.Kr. Det er den første supernovarest, der er identificeret af moderne astronomi med en klar historisk optegnelse. Tågen rummer en energisk pulsar med en periode på 30 millisekunder. Pulsarens hurtigtroterende magnetosfære driver en kraftig vind, der består af elektron-positron-par, der bevæger sig med næsten lysets hastighed. Elektronerne/positronerne i pulsarvinden accelererer yderligere til højere energier, når vinden støder på det omgivende medium. Tågen produceres af strålingen fra de accelererede elektroner/positroner.

Krabbetågen er en af ​​de få kilder, der er blevet målt i alle energibånd, dvs. radio, infrarød, optisk, ultraviolet, Røntgen og gammastråler. Dens spektrum er blevet grundigt undersøgt i årtier af mange iagttagere. Som en lys og stabil højenergikilde, Krabbetågen betragtes som standardlyset for mange forskellige energibånd. I denne egenskab, den tjener som reference til måling af andre kilder.

LHAASO har målt spektret af Krabbetågen i den højeste energiende ende, dækker det brede område 0,0005-1,1 PeV. Det har bekræftet målinger fra de seneste årtier. Det har også opnået en nøjagtig måling i UHE-båndet (0,3-1,1 PeV) for første gang, kalibrerer således standardlysets lysstyrke over et så hidtil uset energiområde.

Blandt de 12 UHE gammastrålekilder, som LHAASO tidligere har opdaget, Krabbetågen blev identificeret som en af ​​to kilder, der var i stand til at udsende PeV-fotoner, og er den eneste kilde med en bestemt astrofysisk pendant. Den målte 1,1 PeV-foton giver direkte bevis for accelerationen af ​​2,3 PeV-elektroner i kilden. En sådan energi er omkring 20, 000 gange den maksimalt opnåelige energi af den mest kraftfulde menneskeskabte elektronaccelerator, LEP, som er forgængeren til LHC. Da højenergielektroner lider kraftigt energitab i et magnetfelt, acceleratoren i Krabbetågen skal fungere med en utrolig høj effektivitet for at balancere det enorme energitab. Ifølge LHAASO-målingen, dens accelerationseffektivitet kan nå 15% af den teoretiske øvre grænse, og dermed overgå supernova-eksplosionsbølgen med en faktor 1, 000. Dette udgør udfordringer for standardparadigmet for elektronacceleration i højenergiastrofysik. En dybdegående analyse og diskussion af dette emne er detaljeret beskrevet i det aktuelle papir i Videnskab .

LHAASO er en stor national videnskabelig og teknologisk infrastrukturfacilitet med fokus på kosmisk stråleobservation og forskning. Det er placeret på 4, 410 meter over havets overflade på Mt. Haizi i Daocheng County, Sichuan-provinsen og dækker et område på omkring 1,36 km ² . Den er sammensat af 5, 195 elektromagnetiske partikeldetektorer og 1, 188 muon-detektorer placeret i det kvadratkilometer komplekse array, en 78, 000 m ² vand Cherenkov detektor array, og 18 Cherenkov-teleskoper med bredt synsfelt. Ved at bruge disse fire teknikker, LHAASO vil være i stand til at måle luftbyger genereret af kosmiske stråler eller gammastråler rundstrålende med flere variabler samtidigt.

Grundlæggende information om de indfaldende partikler, såsom ankomst retning, type og energi, kan måles gennem rekonstruktion af bruserne. Den nyligt offentliggjorte opdagelse viser, at LHAASO er i stand til at krydstjekke målinger ved hjælp af flere detektionsteknikker, dermed sikre pålidelige og nøjagtige resultater. LHAASO vil blive færdiggjort i denne måned og sat i drift. Med en forventning om at detektere 1-2 fotoner med energier omkring 1 PeV fra Krabbetågen hvert år, puslespillet om den kosmiske PeV elektronaccelerator vil blive optrevlet i de kommende år.