De højeste energiske gammastråler opdaget af Tibet ASgamma-eksperimentet

Tibet ASgamma-eksperimentet, et Kina-Japan fælles forskningsprojekt, har opdaget den højeste energi kosmiske gammastråler nogensinde observeret fra en astrofysisk kilde - i dette tilfælde, Krabbetågen. Forsøget påviste gammastråler fra> 100 Teraelectron volt (TeV) (Fig.1) til anslået 450 TeV. Tidligere, den højeste gammastråleenergi, der nogensinde er observeret, var 75 TeV af HEGRA Cherenkov-teleskopet.

Forskere mener, at den mest energiske af gammastrålerne observeret af Tibet ASgamma-eksperimentet blev produceret ved interaktion mellem højenergielektroner og kosmisk mikrobølgebaggrundsstråling. reststråling fra Big Bang.

Krabbetågen er en berømt supernovarest i stjernebilledet Tyren. Den blev først observeret som en meget lys supernovaeksplosion i 1054 e.Kr. (se fig. 1). Det blev bemærket i officielle historier om Song-dynastiet i det gamle Kina såvel som i Meigetsuki, skrevet af den japanske digter fra det 12. århundrede Fujiwara no Teika. I den moderne æra, Krabbetågen er blevet observeret ved hjælp af forskellige typer elektromagnetiske bølger, herunder radiobølger og optiske bølger, Røntgenstråler og gammastråler.

Tibet ASgamma-eksperimentet har været i drift siden 1990 i Tibet, Kina, i en højde af 4300 meter over havets overflade. Kina-Japan-samarbejdet tilføjede nye vand-Cherenkov-type muon-detektorer under de eksisterende kosmiske-stråledetektorer i 2014 (se Fig.2). Disse underjordiske myondetektorer undertrykker 99,92 procent af baggrundsstøj fra kosmisk stråle (se fig. 3). Som resultat, 24 gammastrålekandidater over 100 TeV er blevet detekteret fra Krabbetågen med lav baggrundsstøj. Den højeste energi er estimeret til 450 TeV (se fig.2).

Forskerne antager følgende trin til at generere gammastråler med meget høj energi:(1) I tågen, elektroner accelereres op til PeV, dvs. peta (et tusind billioner) elektronvolt inden for et par hundrede år efter supernovaen; (2) PeV-elektroner interagerer med den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling (CMBR), der fylder hele universet; (3) En CMBR-foton sparkes op til 450 TeV af PeV-elektronerne. Forskerne konkluderer således, at Krabbetågen nu er den mest kraftfulde naturlige elektronaccelerator, der hidtil er opdaget i vores galakse.

Dette banebrydende arbejde åbner et nyt højenergivindue til at udforske det ekstreme univers. Detektion af gammastråler over 100 TeV er en nøgle til at forstå oprindelsen af ​​meget højenergiske kosmiske stråler, som har været et mysterium siden opdagelsen af ​​kosmiske stråler i 1912. Med yderligere observationer ved hjælp af dette nye vindue, vi forventer at identificere oprindelsen af ​​kosmiske stråler i vores galakse, nemlig pevatroner, som accelererer kosmiske stråler op til PeV-energier.

"Dette er et fantastisk første skridt fremad, " sagde prof. HUANG Jing, medtalsmand for Tibet ASgamma-eksperimentet. "Det beviser, at vores teknikker fungerede godt, og gammastråler med energier op til et par hundrede TeV eksisterer virkelig. Vores mål er at identificere en masse pevatroner, som endnu ikke er blevet opdaget og formodes at producere de højeste energiske kosmiske stråler i vores galakse."