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对话LHAASO首席科学家曹臻:银河系传来什么“讯息”?

发稿时间:2021-05-19 16:46:00 来源: 成都商报

  最近,由中国科学院高能物理研究所牵头的中国高海拔宇宙线观测站(LHAASO 拉索)国际合作组17日宣布,高海拔宇宙线观测站在银河系内发现大量超高能宇宙加速器,并记录到1.4拍电子伏的伽马光子(拍=千万亿),这是人类观测到的最高能量光子,突破了人类对银河系粒子加速的传统认知,开启了 “超高能伽马天文学”的时代。该成果于北京时间2021年5月17日发表在《Nature》(《自然》)。

广角切伦科夫望远镜阵列

  LHAASO的科学目标是什么?此次研究发现改变了人们哪部分传统认知?未来该站点将对四川的科学研究、人才培养以及工业领域产业发展等方面产生哪些影响?围绕上述话题,记者深度对话中国科学院高能所研究员、高海拔宇宙线观测站首席科学家曹臻。

  LHAASO

  接收到的信使是什么?

  曹臻:LHAASO接收到的信使实际上是从太阳系外、银河系内传来的高能粒子,这些高能粒子里有各种各样的东西,比如各种各样的原子核,这些粒子是宇宙线的主要成分,能量非常高,远超地球上人类能够建造出来的人工加速器,这是宇宙线的一个重要特点。

  除了原子核,宇宙线里还包含少量光子。光子的特性在于,即便处于磁场里,它也是走直线。因此,这给我们提供了一个机会,即如果我们能判断测量到的东西是光子,就可以沿着它来的方向倒推回去,以此找到宇宙加速器所在的位置。试图找到能量非常高的宇宙加速器,这也是该项目要去完成的一个科学目标。

  该研究成果

  改变了人们哪部分传统认知?

  曹臻:在上世纪20年代,人们认为银河系并不是一个活动剧烈的星系。上世纪后期,科学家们发现,很多星系在剧烈活动,他们把这些星系称之为活动星系。活动星系并不适合人类来稳定发展文明。

  传统认知中,银河系是一个比较温和的星系,内部天体活动也不剧烈,不应该产生能量特别高的粒子。即便发现高能量粒子,也可能来自其他星系。

  但此次研究成果显示,天鹅座实际上是一个非常活跃的天区,里面充斥着大质量恒星。大质量恒星寿命通常在百万年左右,百万年后它可能消失爆炸,再产生新的星体。因此,我们认识到,银河系并不像我们想象中那么稳定,只是恰好太阳系所在的小区域比较安全,人类才得以出现。

  高能量光子

  是否会对人类健康造成威胁?

  曹臻:不会。首先,光子非常稀少,被它撞到的概率非常低。光子少到什么程度?在LHAASO这么强的一平方公里的源上,一年也只有1-2个光子打下来。

  其次,大气层虽然稀薄,但它能起到一个非常好的保护作用。在宇宙线撞击之后,高能量粒子走不了多远就会撞到大气里的氮原子核,再分解簇射。当它达到地面后,就变成了1亿个粒子,能量也被分解掉了。最后真正落到人身上的能量并不高,甚至比我们通常接受到的宇宙线的辐射剂量更低。而人类就是在这个环境里演化而来,这些粒子就是我们生存的一个环境之一。

  但这也不是绝对的。比如你到高海拔地区,所受到的辐射剂量就比低海拔地区增加几倍。如果你天天坐飞机在1万米高空,所受到的辐射也会提升。人类生活环境通常集中于1-2千米海拔地区,这些区域受大气层保护非常好,因此完全不用担心。

  此次科研成果

  如何影响我们的生活?

  曹臻:目前来说,涉及到这么高能量的加速器还没有进入到我们的日常生活。但基于同等原理的“缩小版加速器”,已经逐渐变成我们医疗设备、工业探伤等技术基础。

  比如,上世纪五十年代建的加速器,目前在我国一些大型医院已经开始作为肿瘤治疗的一个基本手段。中科院高能所在东莞也建立了一个中子中心,其产生出来的中子源可以用来进行肿瘤治疗方面的研究。可以想像,高能量的加速器会逐渐变得越来越重要。 (记者 彭祥萍)

  【责任编辑:周楚卿 】

责任编辑:王金海
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