高海拔宇宙线观测站(LHAASO,中文简称 “拉索” )国际合作组,利用LHAASO的观测数据,高精度测量了银盘甚高能段(1 TeV - 25 TeV)弥散伽马射线辐射。这是目前在甚高能段对银盘弥散辐射进行的最精确的测量,也是首次在该能段对外银盘面区域给出测量结果。相关研究成果于2025年2月28日,以《Measurement of Very-High-Energy Diffuse Gamma-ray Emissions from the Galactic Plane with LHAASO-WCDA》为题,发表在《Physical Review Letters》(《物理评论快报》)。
宇宙线的起源和传播是物理学和天文学领域的重要前沿课题。银河系弥散伽马射线主要是宇宙线(原子核和正负电子)与星际介质或星际辐射场之间相互作用产生的,因此是研究宇宙线在银河系中分布和传播过程的重要探针。此前地面实验在甚高能(>TeV)波段的观测非常稀少,只有羊八井ARGO,ASgamma等少量实验测量结果,且具有较大不确定度。
“拉索” 是由中国科学院高能物理研究所牵头、国内多家研究院所和高校参与建设的国家重大科技基础设施,在甚高能和超高能伽马射线和宇宙线的观测方面具有国际最高的灵敏度和精确度。利用LHAASO观测数据,分析团队对银盘1-25 TeV的弥散伽马射线辐射进行了精确测量,这是首次在该能段探测到外银盘面(经度125~235度)的弥散辐射。结合此前LHAASO平方公里阵列在超高能段的测量结果(https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.151001)和Fermi卫星在TeV以下结果,我们首次实现了对银盘弥散辐射能量跨度达6个数量级的精确观测。与宇宙线和星际介质相互作用模型预期结果相比,LHAASO测量的流量更高(图1),能谱形状和空间分布均存在差异,意味着传统的宇宙线模型无法描述观测结果,需要做出重要修改。该观测结果为理解宇宙线起源、传播以及极端天体物理加速器提供了新的见解。
中国科学院高能物理研究所副研究员李会财、博士后胡世聪、研究员姚志国和郭义庆,中国科学院紫金山天文台博士生张佩佩和研究员袁强,为该论文的共同通讯作者。
图1. LHAASO测量的弥散伽马射线流强(上图为内银盘区域,下图为外银盘区域)和传统理论模型预期(灰色阴影)的比较。浅蓝色阴影区域为传统模型增大2.7倍或1.5倍的结果。