有人說(shuō)這是“中國人跨越千年的新發(fā)現”

有人說(shuō)海子山上的發(fā)現“挑戰了高能天體物理中電子加速的‘標準模型’”

□四川日報全媒體記者 徐莉莎

　　公元1054年7月4日，北宋的天文觀(guān)測部門(mén)——司天監發(fā)現，開(kāi)封府東南方向的天空中出現了一顆極亮的大星，持續23天，即使在白天也能看見(jiàn)。

　　古人記錄的，正是距離地球6500光年的蟹狀星云前身恒星初始爆炸時(shí)的情景。這是現代天文學(xué)中第一個(gè)被認證具有清晰歷史觀(guān)測記錄的超新星遺跡。

　　967年后的2021年，也是在7月，聚焦同一個(gè)星體。國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》于北京時(shí)間9日發(fā)表國家重大科技基礎設施——高海拔宇宙線(xiàn)觀(guān)測站（LHAASO，中文簡(jiǎn)稱(chēng)“拉索”）關(guān)于蟹狀星云的最新研究成果。

　　有人說(shuō)這是“中國人跨越千年的新發(fā)現”，還有人說(shuō)海子山上的發(fā)現“挑戰了高能天體物理中電子加速的‘標準模型’”。

千年前，宋朝人見(jiàn)證“標尺”的誕生

　　哈勃望遠鏡拍攝的照片顯示，蟹狀星云的中心有一顆以每秒鐘30圈快速旋轉的脈沖星。類(lèi)似太陽(yáng)風(fēng)的存在，脈沖星也有星風(fēng)，星風(fēng)中的電子與外部介質(zhì)碰撞后，會(huì )被進(jìn)一步加速至更高能量，并產(chǎn)生我們看到的星云。這些電子撞擊光子，并為其加速，產(chǎn)生大量高能光子“光顧”地球。這些光子就能被我們的探測器“捕捉”到。

　　據中科院高能物理研究所研究員曹臻介紹，蟹狀星云是為數極少的在射電、紅外、光學(xué)、紫外、X射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)波段都有輻射的天體。歷史上對其光譜已經(jīng)進(jìn)行了大量的觀(guān)測研究，是非常明亮且穩定的高能輻射源。因此，蟹狀星云在多個(gè)波段被作為“標準燭光”。好比一把測量其它天體輻射強度的“標尺”，而且是北半球唯一的一把。

　　當我們利用天文望遠鏡觀(guān)測其他星體時(shí)，總要先對準蟹狀星云，看看望遠鏡標定的位置是否準確，是否探測到標準數量的光子，以排除望遠鏡性能或氣象的影響。

千年后，拉索的發(fā)現挑戰理論極限

　　如今，稻城海子山上的拉索，開(kāi)啟了人類(lèi)對這個(gè)星云的新認知。

　　當拉索對準蟹狀星云，我們看到了什么？據曹臻介紹，具有高靈敏度的拉索探測到更多伽馬光子，最高能量達到1.1拍電子伏（拍=千萬(wàn)億）。這些數據不僅確認了其他實(shí)驗幾十年對蟹狀星云的觀(guān)測結果，還對其超高能區（0.3-1.1拍電子伏）進(jìn)行了精確測量，為該能區標準燭光設定了亮度標準。

　　此外，1.1拍電子伏伽馬光子的發(fā)現，對宇宙線(xiàn)加速機制的探索有何意義？

　　曹臻說(shuō)，根據康普頓效應，當蟹狀星云中的電子被加速成高能粒子后，碰撞到光子，其自身能量會(huì )有一半轉移給光子。由此反推，當拉索探測到1.1拍電子伏的光子，也就提供了2.3拍電子伏電子加速器存在的直接觀(guān)測證據。由此確定在大約僅為太陽(yáng)系1/10大小的（約5000倍日地距離）星云核心區內存在能量超強的電子加速器。

　　2.3拍電子伏，這比目前人類(lèi)在地球上建造的最大的電子加速器產(chǎn)生的電子束的能量高兩萬(wàn)倍左右。

　　曹臻說(shuō)，越高能的電子越容易在磁場(chǎng)中損失能量。也就是說(shuō)，蟹狀星云內的粒子加速機制必須具有驚人效率，才能克服這些電子的能量損失。

　　據拉索的測量結果推算，其加速效率竟超出理論極限的15%，比超新星爆發(fā)產(chǎn)生的爆震波的加速效率高約1000倍。曹臻分析，這一結果，直逼經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)和理想磁流體力學(xué)理論所允許的加速極限，挑戰了高能天體物理中電子加速的“標準模型”。

　　這究竟是測量誤差還是真的挑戰了“標準模型”？曹臻認為，隨著(zhù)拉索年內全陣列投入運行，觀(guān)測樣本數增加，這些問(wèn)題都將被解答。未來(lái)幾年內，更多關(guān)于拍電子伏粒子加速的奧秘也將被揭開(kāi)。