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追蹤“宇宙信使”
【光明日報】高海拔宇宙線觀測站啓動首批科學觀測
2019-04-30|文章来源:光明日报 齐芳 |【
 

  本報北京4月29日電 記者齊芳 从中國科學院获悉,国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站(LHAASO)首批探测器日前投入科学观测。

  據高海拔宇宙線觀測站項目首席科學家曹臻介紹,宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子,攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動及地球空間環境等重要科學信息,被稱爲傳遞宇宙大事件的“信使”。研究宇宙線及其起源是人類探索宇宙的重要途徑。

  LHAASO是我國“十二五”期間立項建設的國家重大科技基礎設施,該裝置由電磁粒子探測器(ED)陣列、缪子探測器(MD)陣列、水切倫科夫探測器陣列(WCDA)、廣角切倫科夫望遠鏡陣列(WFCTA)等組成。其主要科學目標爲,探索高能宇宙線起源,開展相關的宇宙演化、高能天體演化和暗物質的研究。

  LHAASO主體工程于2017年6月在海拔4410米的四川省稻城縣海子山啓動,其探測器陣列設計爲三個部分:由5195個電磁粒子探測器和1171個缪子探測器組成的地面簇射粒子陣列;78000平方米水切倫科夫探測器,分爲3000個探測單元;12台廣角切倫科夫望遠鏡。

  項目采用邊建設邊運行的模式,此次投入科學觀測的探測器包括由1800個探測器組成的、靈敏面積達22500平方米的一號水切倫科夫探測器陣列,兩台廣角切倫科夫望遠鏡,180台電磁粒子探測器和80個缪子探測器。

  其中,水切倫科夫探測器陣列是觀測陣列的主要科學設施,每天都能夠對60%以上的天區進行一次掃描,不受日、月、星光及天氣條件的影響,實現全天候的觀測,每年將探測到5萬億個宇宙線事例,獲取4PB以上的觀測數據。本次投入觀測的一號陣列,其巡天靈敏度比國際上最高靈敏度的同類裝置高出30%,可以在伽馬暴高能輻射探測、銀河系外耀變源探測與觀測、銀河系內伽馬射線源的深度觀測等方面與國際同類實驗展開合作研究。

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宇宙線與LHAASO

  作为太阳系以外唯一的物质样本,宇宙线以及它们的起源是人类探索宇宙及其演化的重要途径。在1912年宇宙线被发现之后的一百年间,与之相关的探索与研究已经产生了数枚诺贝尔奖牌,但人类始终没有发现宇宙线的起源,这一问题也在欧、美的科学决策機構提出的6个或11个基础科学难题中位列前5。

  高海拔宇宙線觀測站(LHAASO)正是瞄准這一重大科學難題而提出的。

  高山實驗是宇宙線觀測研究中能夠盡可能減小大氣層的吸收效應的地面探測手段,其規模可以遠大于大氣層外的天基探測器,成爲甚高能和超高能伽馬天文和宇宙線觀測必不可少的研究手段。

  LHAASO選址于四川稻城海子山平均海拔爲4410米的高地,核心科學目標是探索高能宇宙線起源並開展相關的高能輻射、天體演化甚至于暗物質分布等基礎科學的研究。具體科學目標爲:第一,探索高能宇宙線起源。通過精確測量高能伽馬源寬範圍能譜,研究高能輻射源粒子的特征,探尋銀河系內重子加速器存在的證據,在發現宇宙線源方面取得零的突破;精確測量宇宙線能譜和成分,研究宇宙線加速和傳播機制。第二,開展全天區伽馬源掃描搜索,大量發現新伽馬源,特別是河外源,積累各種源的統計樣本,探索其高能輻射機制,包括産生強烈時變現象的機制,研究以超大質量黑洞爲中心的活動星系核的演化規律,捕捉宇宙中的高能伽馬暴事例,探索其爆發機制。第三,探尋暗物質、量子引力或洛侖茲不變性破壞等新物理現象,發現新規律。

    (原载于《光明日报》2019年4月30日08版,http://epaper.gmw.cn/gmrb/html/2019-04/30/nw.D110000gmrb_20190430_2-08.htm )


 
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