银河系功能最强大的粒子加速器PeVatron的惊人证据，宇宙射线是什么？

中日关于宇宙射线观测的一项联合研究项目——西藏ASγ实验，从银河系中发现了超高能弥散伽马射线。

据估计，检测到的最高能量达到前所未有的高水平，接近1皮塔电子伏特（PeV，或1万亿eV）。

令人惊讶的是，这些伽马射线没有指向已知的高能伽马射线源，而是散布在整个银河系中。

科学家认为，这些伽马射线是由逃离最强大的银河源（“PeVatrons”）的宇宙射线与银河系中的星际气体之间的核相互作用产生的。

这一观测证据标志着揭示宇宙射线起源的一个重要里程碑，而宇宙射线使人类困惑了一个多世纪。

宇宙射线是来自外层空间的高能粒子，主要由质子和原子核以及少量的电子/正电子和伽马射线组成。

低于几PeV的宇宙射线被认为是在我们的银河系中产生的，一种可以将宇宙射线加速到PeV能量的源称为PeVatron。

尽管建议将超新星遗迹，恒星形成区和银河系中心的超大质量黑洞作为候选PeVatrons，但尚未观察到任何发现，这主要是因为大多数宇宙射线都带有电荷，并且在传播时会失去其原始方向并在银河系中被磁场弯曲。

但是，宇宙射线可以在加速位置附近与星际介质相互作用，并以其父宇宙射线能量的大约10％产生伽马射线。

由于电中性伽马射线的方向不能被磁场改变，因此超高能伽马射线（0.1-1 PeV）可能会告诉我们PeVatron在银河系中的位置。

西藏ASγ实验始于1990年。

经过几次扩展，目前的空气淋浴阵列由500多个辐射探测器组成，分布在约65,000平方米的面积上。

为了提高其对伽玛射线观测的灵敏度，2014年在现有的地面宇宙射线探测器下方增加了总有效面积为3400 m 2的新型Cherenkov型水上μ子探测器。

由于伽马射线事件的μ子较弱，而占优势的质子/核子的事件均富含μon子，因此此功能可用于抑制由质子/核子事件引起的背景。

使用这项技术，西藏ASγ实验成功地将质子/核背景事件减少到了百万分之一，这是这种实验中有史以来最高效的一次。

因此，我们可以检测到几乎没有宇宙射线背景事件的超高能伽马射线。

来自西藏ASγ实验的科学家观察到伽马射线的能量大约在0.1到1 PeV之间，这些能量来自银河盘区域。

具体而言，他们在银河系中发现了23条能量超过398 TeV的超高能宇宙伽玛射线。

其中，观测到的最高能量接近1 PeV，这是在任何地方检测到的伽马射线光子的新世界纪录。

令人惊讶的是，这些伽玛射线没有指向已知的最强大的高能伽玛射线源，而是沿银河系传播！科学家们很快注意到，这些伽玛射线可能是由PeV宇宙射线和星际介质从加速源（PeVatrons）逃逸后的相互作用产生的。

这个过程被称为“强子起源”，它通过中子介子的产生和随后的衰变产生伽玛射线，其能量大约是其母宇宙射线的十分之一。

这些弥散的伽马射线暗示着银河系中普遍存在着强大的宇宙粒子加速器（PeVatrons）。

换句话说，如果存在PeVatron，则它们发射的宇宙射线将渗透到银河系中，从而产生具有极高能量的伽马射线的漫射辉光。

这就是西藏ASγ实验的科学家所发现的。

这是数十年来期待已久的发现，为过去和/或现在的银河系中存在PeVatron提供了明确的证据。

两年前，西藏ASγ实验的科学家从银河系中的脉冲星云状星云蟹状星云中发现了极高能的伽马射线。

那些伽玛射线可能以不同的方式产生，例如星云中的高能电子/正电子，这一过程称为“轻子起源”。