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(xué)評(píng)論通訊》雜志發(fā)表了一篇由中國(guó)和日本科學(xué)家聯(lián)合撰寫(xiě)的論文。這些科學(xué)家在文中表示，他們的“西藏AS伽馬實(shí)驗(yàn)”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(lái)自蟹狀星云。他們測(cè)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(wàn)億電子伏，相當(dāng)于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中粒子對(duì)撞時(shí)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(gè)脈沖星產(chǎn)生的。這個(gè)脈沖星是一個(gè)密度極高的超新星遺骸，自轉(zhuǎn)速度極快。這個(gè)超新星爆發(fā)的時(shí)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(dāng)它出現(xiàn)在地球的天空中時(shí)，已經(jīng)是公元1054年了（時(shí)值中國(guó)的北宋年間）。當(dāng)時(shí)它在天空中極為明亮，在當(dāng)時(shí)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(gè)星期，但它的外層殘骸一直在膨脹和擴(kuò)散。今天我們稱這團(tuán)云霧狀的超新星遺跡為蟹狀星云。今天的蟹狀星云會(huì)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(jí)高達(dá)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(jìn)入地球大氣后會(huì)被消減，它們與空氣粒子碰撞后，會(huì)產(chǎn)生一系列其他粒子。天文學(xué)家可以通過(guò)偵測(cè)這些粒子雨，來(lái)偵測(cè)源自宇宙的伽馬射線。由于粒子雨在到達(dá)地面后，會(huì)變得非常分散，因此我們就需要一個(gè)面積很大的傳感器陣列來(lái)進(jìn)行探測(cè)。西藏AS伽馬射線探測(cè)裝置就是一個(gè)由597臺(tái)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(gè)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(fù)責(zé)追蹤高能事件的方位和能量，水槽則負(fù)責(zé)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(kāi)來(lái)。因?yàn)殡m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(huì)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(jí)高于100特拉電子伏的事件。其中一些事件的能量級(jí)甚至高達(dá)450特拉電子伏。研究人員估計(jì)其中有大約五至六次事件實(shí)際上來(lái)自比蟹狀星云更遠(yuǎn)的地方，而余下的事件來(lái)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(qiáng)大的星風(fēng)，與此同時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)，在這些因素共同作用下，粒子就會(huì)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(hù)，它們中的大多數(shù)才會(huì)變得無(wú)害。但伽馬射線攜帶的能量最高可以達(dá)到什么級(jí)別實(shí)際上是個(gè)未知數(shù)。因此這些研究人員的下一個(gè)觀測(cè)目標(biāo)是在宇宙中尋找能量級(jí)高達(dá)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.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.051101
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