自1912年奧地利裔美國(guó)物理學(xué)家

維克托·赫斯由氣球?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)以來(lái)

宇宙線向人類傳遞著遙遠(yuǎn)星系的信息

被科學(xué)家視作非熱宇宙的信使

但宇宙線從何而來(lái)？

又是怎樣的星際現(xiàn)象讓宇宙線

具有如此高的能量以穿越茫茫星河？

日前，高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）觀測(cè)到12個(gè)銀河系中能把伽馬射線加速到超高能的加速源，為宇宙線起源這一問(wèn)題的解決帶來(lái)了突破性的進(jìn)展。5月17日該成果發(fā)表于《自然》雜志（Nature）。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系，天文學(xué)系以及核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)了LHAASO關(guān)鍵設(shè)備大尺寸光敏探頭及其配套電子學(xué)系統(tǒng)的研制，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋。

宇宙線由星際中包括質(zhì)子和氦原子核等帶電粒子構(gòu)成，以接近光速的速度在宇宙中穿行。對(duì)宇宙射線及其來(lái)源的了解可以揭示遙遠(yuǎn)星系的物質(zhì)構(gòu)成，并了解遠(yuǎn)超現(xiàn)階段人類加速粒子能力極限的宇宙線加速機(jī)制。

由于構(gòu)成粒子帶電，宇宙線在傳播過(guò)程中會(huì)受到星際磁場(chǎng)影響而偏轉(zhuǎn)，故無(wú)法直接通過(guò)到達(dá)地球的宇宙射線的方向反推宇宙射線源的位置。但宇宙線與星際介質(zhì)的相互作用會(huì)產(chǎn)生不帶電的伽馬射線，可以在宇宙中徑直傳播，易于追蹤。通過(guò)研究伽馬射線源可以間接定位和確認(rèn)宇宙線加速源。

尚未完全建成的一半LHAASO陣列在11個(gè)月的觀測(cè)后已經(jīng)在銀盤上觀測(cè)到了12個(gè)具有7倍標(biāo)準(zhǔn)偏差以上置信度的超高能伽馬射線源，為銀河系中超高能級(jí)別宇宙線加速源的大量存在提供了直接的證據(jù)。

對(duì)超高能伽馬射線的觀測(cè)要求LHAASO有著前所未有的靈敏度。為了滿足這一要求，中國(guó)科大物理學(xué)院近代物理系與核探測(cè)與核電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李澄、唐澤波、江琨團(tuán)隊(duì)研制了大尺寸光敏探頭。它是LHAASO中水切倫科夫探測(cè)器陣列（WCDA）和地面簇射粒子陣列（KM2A）繆子探測(cè)器的核心部件，是LHAASO的“視網(wǎng)膜”。該探頭具有大動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍，使得LHAASO能夠測(cè)量從低能到超高能的粒子產(chǎn)生的信號(hào)。

安琪、趙雷、曹喆團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)WCDA中大尺寸光敏探頭讀出電子學(xué)系統(tǒng)的研制與工程實(shí)施。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的電子學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了千倍量級(jí)大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)的高精度時(shí)間與電荷測(cè)量，保障了LHAASO的定位精度和分析精度。

隨著LHAASO陣列的建設(shè)完成和持續(xù)曝光，這些源的空間形態(tài)和能譜信息將得到更精準(zhǔn)的測(cè)量，同時(shí)結(jié)合多波段多信使的協(xié)同觀測(cè)，由中國(guó)科大天文學(xué)系的楊睿智主持的團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)推進(jìn)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的理論解釋工作。

這是人類首次在超高能伽馬射線能段探測(cè)到如此多的天體，LHAASO的觀測(cè)打開(kāi)了超高能伽馬射線天文學(xué)的新窗口。科大團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)對(duì)信使宇宙線的源頭進(jìn)行追溯，了解其中的宇宙線輻射機(jī)制和加速過(guò)程，進(jìn)一步推動(dòng)對(duì)宇宙線起源這一基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的理解。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03498-z