X射線波段上的蟹狀星云照片清楚地顯示，星云中心有一顆高速自旋的脈沖星。NASA / CXC / ASU / J. Hester

7月29日的《物理學評論通訊》雜志發(fā)表了一篇由中國和日本科學家聯(lián)合撰寫的論文。這些科學家在文中表示，他們的“西藏AS伽馬實驗”首次發(fā)現(xiàn)了由宇宙天體產(chǎn)生的能量最高的光子。這些光子來自蟹狀星云。他們測得這些光子所攜帶的能量在100特拉電子伏（TeV）以上。1 TeV等于1萬億電子伏，相當于大型強子對撞機中粒子對撞時產(chǎn)生的最高能量的10倍。

這些光子是由深嵌在蟹狀星云中的一個脈沖星產(chǎn)生的。這個脈沖星是一個密度極高的超新星遺骸，自轉(zhuǎn)速度極快。這個超新星爆發(fā)的時間大約是7500年前，但由于它和地球的距離大約為6500多光年，因此當它出現(xiàn)在地球的天空中時，已經(jīng)是公元1054年了（時值中國的北宋年間）。當時它在天空中極為明亮，在當時引起了全球各地許多人的注意。

雖然這顆超新星的高亮度只維持了幾個星期，但它的外層殘骸一直在膨脹和擴散。今天我們稱這團云霧狀的超新星遺跡為蟹狀星云。今天的蟹狀星云會產(chǎn)生幾乎全波段的電磁波，但是人們還是首次發(fā)現(xiàn)能量級高達100特拉電子伏的超高能伽馬射線（伽馬射線是電磁波的一種，而電磁波是由光子組成的）。

蟹狀星云。

伽馬射線在進入地球大氣后會被消減，它們與空氣粒子碰撞后，會產(chǎn)生一系列其他粒子。天文學家可以通過偵測這些粒子雨，來偵測源自宇宙的伽馬射線。由于粒子雨在到達地面后，會變得非常分散，因此我們就需要一個面積很大的傳感器陣列來進行探測。西藏AS伽馬射線探測裝置就是一個由597臺傳感器組成的陣列，分布在65700平方米的范圍內(nèi)。在它們的下方還埋著54個混凝土水槽，這些水槽也是傳感裝置的一部分。

地表傳感器負責追蹤高能事件的方位和能量，水槽則負責追蹤此類事件產(chǎn)生的特殊印記。研究人員可以據(jù)此將伽馬射線和其他高能宇宙事件區(qū)分開來。因為雖然伽馬射線是由光子組成的，而宇宙射線是由質(zhì)子和電子組成的，但這兩者都會在地球大氣中引發(fā)相似的粒子雨。

研究人員于2014年2月至2017年5月間，在蟹狀星云方向發(fā)現(xiàn)了24次能量級高于100特拉電子伏的事件。其中一些事件的能量級甚至高達450特拉電子伏。研究人員估計其中有大約五至六次事件實際上來自比蟹狀星云更遠的地方，而余下的事件來自蟹狀星云內(nèi)部。

研究人員不是十分清楚這些伽馬射線是如何在蟹狀星云中獲得如此高的能量的。但這多半與星云中心那顆脈沖星有關(guān)。這顆脈沖星在持續(xù)地高速旋轉(zhuǎn)著，不停地制造著強大的星風，與此同時產(chǎn)生了一個強大的磁場，在這些因素共同作用下，粒子就會被加速到極高的速度，攜帶上極高的能量。

脈沖星想像圖。

我們的身體假如被高能射線直接命中，那可不是一件有趣的事。所幸有大氣層的保護，它們中的大多數(shù)才會變得無害。但伽馬射線攜帶的能量最高可以達到什么級別實際上是個未知數(shù)。因此這些研究人員的下一個觀測目標是在宇宙中尋找能量級高達1000特拉電子伏的伽馬射線。

參考：

[First Detection of Photons with Energy beyond 100 TeV from an Astrophysical Source] https://journals./prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.051101