宇宙線的起源和傳播是物理學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域的重要前沿課題。銀河系彌散伽馬射線主要是宇宙線(原子核和正負(fù)電子)與星際介質(zhì)或星際輻射場之間相互作用產(chǎn)生的,因此是研究宇宙線在銀河系中分布和傳播過程的重要探針。此前地面實(shí)驗(yàn)在甚高能(>TeV)波段的觀測非常稀少,只有羊八井ARGO,ASgamma等少量實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果,且具有較大不確定度。
LHAASO是由中國科學(xué)院高能物理研究所牽頭、國內(nèi)多家研究院所和高校參與建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,在甚高能和超高能伽馬射線觀測方面具有國際領(lǐng)先的水平。利用LHAASO觀測數(shù)據(jù),分析團(tuán)隊(duì)對(duì)銀盤1-25 TeV的彌散伽馬射線輻射進(jìn)行了精確測量,這是目前在甚高能段對(duì)銀盤彌散輻射最精確的測量,也是首次在該能段探測到外銀盤面(經(jīng)度125~235度)的彌散輻射。結(jié)合此前LHAASO平方公里陣列在超高能段的測量結(jié)果(https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.151001)和Fermi衛(wèi)星在TeV以下結(jié)果,我們首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)銀盤彌散輻射能量跨度達(dá)6個(gè)數(shù)量級(jí)的精確觀測。與宇宙線和星際介質(zhì)相互作用模型預(yù)期結(jié)果相比,LHAASO測量的流量更高(圖1),能譜形狀和空間分布均存在差異,意味著傳統(tǒng)的宇宙線模型無法描述觀測結(jié)果,需要做出重要修改。該觀測結(jié)果為理解宇宙線起源、傳播以及極端天體物理加速器提供了新的見解。
中國科學(xué)院高能物理研究所副研究員李會(huì)財(cái)、博士后胡世聰、研究員姚志國和郭義慶,中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)博士生張佩佩和研究員袁強(qiáng),為該論文的共同通訊作者。
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圖1. LHAASO測量的彌散伽馬射線流強(qiáng)(上圖為內(nèi)銀盤區(qū)域,下圖為外銀盤區(qū)域)和傳統(tǒng)理論模型預(yù)期(灰色陰影)的比較。淺藍(lán)色陰影區(qū)域?yàn)閭鹘y(tǒng)模型增大2.7倍或1.5倍的結(jié)果。