寻找超高能宇宙线源——西藏广延空气簇射实验

总结了１９９０年６月到１９９３年１０月期间西藏空气簇射阵列的观测结果。寻找了来自于蟹状星云、Ｘ射线双星、脉冲星、活动星系核和其它活动天体的能量为１０ＴｅＶγ射线连续发射，没有发现连续稳定发射的迹象，但给出了每个源的流强上限。在阵列所观测的天区寻找了１０ＴｅＶ的γ暴，结果没有发现能量１０ＴｅＶ的γ暴，最后也给出了发现此种γ暴的上限。应用该阵列，明显地观测到了能量为１０ＴｅＶ的宇宙线流强的太阳和月亮阴影。观测了朝向和远离太阳的行星际空间磁场对宇宙线阴影的影响，这是行星际磁场对阴影位移影响的第一次直接观测。研究并发现在实验期间，太阳阴影的位置每年都在变化。同时观测在此期间，朝向和远离方向的宇宙线阴影的不同变化。另外，应用该实验的数据，给出了所谓的“膝”区的原初宇宙线能谱。     

10TeV宇宙线的太阳阴影与太阳活动的关联

利用1990年6月至1993年10月间采集的数据,西藏空气簇射阵列(海拔高度4300m)以5.7σ、7.1σ的显著性观测到了10TeV宇宙线的太阳阴影和月亮阴影;研究发现,行星际磁场效应使太阳阴影偏向西0.62°,南0.22°:仔细研究了太阳阴影与太阳活动及其不对称性的关联,对太阳阴影位置的偏转发其变化行为给出了新的定性解释.     

日影偏离度与太阳平均磁场的关联

利用西藏羊八井空气簇射阵列1990年6月至1996年8月间观测到的10TeV宇宙线的太阳阴影位置,以及相同期间的太阳表面平均磁场的数值,研究了太阳阴影的偏离度与太阳平均磁场的关系,并结合简单的理论模型对这种关系进行了计算和解释.     

用羊八井ASγ实验数据寻找TeV能区的γ射线暴

γ射线暴的TeV能区辐射对研究其起源、辐射机制等是非常重要的.利用西藏羊八井ASγ实验三期阵列的重建数据,通过在给定的小天区和时间间隔内寻找较高显著性事例团的方法对TeV能区的γ射线暴进行了寻找,在计算过程中采用“等天顶角法”来估计背景.工作中采用了两种途径来寻找γ射线暴,一种是与卫星γ射线暴的符合寻找,另一种是全天区独立寻找.结果发现少量事例团对背景有明显超出,考虑试验次数后,其超出还不足以认定为γ射线暴.通过Monte Carlo模拟,给出了在95%置信水平下,到达大气顶部流强上限的估计值为3.32×10^-9—1.24×10^-7 cm^-2s^-1. 关键词： γ射线暴 TeV能区 ASγ实验 宇宙射线     

γ射线暴的研究概况

γ射线暴是宇宙中自从大爆炸以来最猛烈的爆发现象，它在几十秒钟的时间内所释放的能量相当于太阳一生（约一百亿年）所释放能量的几百倍！文章简要介绍了γ射线暴的新近研究进展，其中包括：简要说明了观测事实，并在此基础上建立标准火球模型，阐述了γ射线暴及其余辉的运动和演化规律，讨论了偏离标准模型的种种观测现象以及这些后标准效应所包含的重要天体物理意义。进而讨论了至今仍不清楚的能源机制问题，也指出了这个领域的研究前景。     

寻找来自原始黑洞蒸发的TeV γ射线暴

用兴隆站的两台大气切伦科夫望远镜ACT2和ACT3在1995—1997年间的观测数据,寻找来自原始黑洞(PBH)蒸发终态的0.1sTeVγ射线暴.分析这些资料没发现有这样的γ射线暴.据此估算出在太阳系附近、在99%的置信水平下原始黑洞的蒸发率-密度的上限为3×10⁸/年·pc3.     

宇宙γ射线暴

 γ射线暴(以下简称γ暴)是来自宇宙空间的一种短时标的高能γ射线爆发现象。它的发现颇有戏剧性:60年代中期,为了监督关于禁止在大气层中进行核试验的条约的执行情况,美国发射了一些卫星,以监测核爆炸中的γ射线事件。1967年开始,Ｖｅｌａ卫星真的不时记录到一些γ射线爆发现象,使美国政府十分紧张。军方花了几年的时间终于搞清楚它们均来自于宇宙空间,证实只是一场虚惊。由于军事保密的原因,该现象直到1973年才由美国洛斯阿拉莫斯实验室的Ｋｌｅｂｅｓａｄｅｌ、Ｓｔｒｏｎｇ和Ｏｌｓｏｎ在ＡｐＪ(美国《天体物理杂志》)的一篇快报中以“对源自宇宙空间的γ射线爆发的观测”为题发表出来。     

银河系宇宙线的超新星遗迹起源学说

 20世纪初，随着人们对空气电离度测量精度的不断提高，大气电离现象被普遍观测到并被归因于放射性元素衰变产生的高能辐射。1911~1913年奥地利物理学家维克托·赫斯（Victor Franz Hess）通过一系列高空气球实验发现了来自外太空的可以导致空气电离的辐射--宇宙线^①，他也因此获得了来自于河外高能天体源。能量低于109eV （1GeV）的宇宙线由于受太阳风的影响，很难到达地球附近。由太阳活动产生的高能粒子的能量通常也低于1 GeV⑦，因此在地球附近观测到的能量低于1 GeV的高能粒子主要产生于太阳系。虽然银河系中很多高能天体都可以产生宇宙线，但是超新星遗迹被普遍认为是最主要的银河系宇宙线源。这就是所谓的银河系宇宙线的超新星遗迹起源学说。1936年的诺贝尔物理学奖（图1（a））。20世纪30年代，人们通过对来自地球东西方向宇宙线流量不对称性的分析，逐渐认识到它们主要是由带正电的高能粒子组成，受地球磁场影响，来自西方的宇宙线流量更高。后来的一系列研究表明，99%的宇宙线是原子核，其中约10%为α粒子即氦核，更重的原子核占1%左右。考虑到宇宙线的高流量，1934年巴德（W.Baade）和兹维基（F.Zwicky）指出，它们可能来自于超新星爆发^②。由于宇宙线粒子带电，在星际介质中传播时将受到星际磁场的影响，因此地球附近观测到的宇宙线空间分布几乎是各向同性的，这也导致我们无法通过对宇宙线的成像观测来确定宇宙线源。但是宇宙线可以和背景等离子体相互作用产生从射电到伽马射线的电磁辐射，随着射电天文、X射线天文、伽马射线天文的发展，人们不仅发现了超新星爆发产生宇宙线的观测证据，还发现了其他一些可以产生宇宙线的高能天体^③~⑥。     

具有重新加速的银河宇宙线核的传播

通过引入银河宇宙线在星际空间传播中的有效能量变化率,获得了求解具有重新加速的银河宇宙线核的传播方程的一般方法——修正的厚板权重方法.并在漏箱模型中,给出了计算的次级与原初之比和原初能谱与观测结果的比较.     

γ射线暴的最新研究进展:火球模型、余辉及前身星

γ射线暴 (称简γ暴 )的研究在最近几年里有了巨大的突破。观测上 ,人们发现了γ暴的低能余辉以及与γ射线爆发同时的光学爆发 ,还发现了它位于宇宙学距离的寄主星系。越来越多的观测证据还表明长时标γ暴与恒星形成区、甚至可能与超新星成协。在γ暴的相对论火球模型框架下 ,人们对γ暴以及余辉的产生机制的认识也有了进展。进而人们对γ暴的前身星以及环境效应等有了新的认识。本文旨在对这些进展和认识给一个扼要的评述     

太阳宇宙线地面增强事件(GLE72)峰值能谱研究

太阳宇宙线地面增强事件(GLE)能谱可以提供宇宙线加速和传播过程的重要信息.利用GOES15卫星和地面中子堆实验数据分析了最近一次GLE事件(2017年9月GLE72)的质子峰值能谱,得到卫星观测能段的质子峰值能谱的能谱指数为1.88,中子堆观测能段的能谱指数为4.86.利用高能太阳粒子的二重加速机制对能谱结果进行了定性的理论解释. GLE72质子峰值能谱结果对LHAASO等大型地面宇宙线观测阵列中更高能量粒子具有重要参考价值.     

γ射线暴的最新研究进展:火球模型、余辉及前身星

γ射线暴（称简γ暴）的研究在最近几年里有了巨大的突破。观测上，人们发现了γ暴的低能余辉以及与γ射线发同时的光学爆发，还发现了它位于宇学距离的寄主星系。越来越多的观测证据还表明长时标γ暴与恒星形成区、甚至可能与超新星成协。在γ暴的相对论火球模型框架下，人们对γ暴以及余辉的产生机制的认识也有了进展。进而人们对γ暴的前身星以及环境效应等有了新的认识。本文旨在对这些进展和认识给一个扼要的评述。     

TibetⅡ/HD阵列寻找来自蟹状星云的TeVγ射线

羊八井二期阵列(TibetⅡ)和加密阵列HD(HighDensity)分别从1995年和1996年成功地运行以来,已经积累了大量的数据.报道了利用TibetⅡ在1995年10月至1997年9月、HD阵列在1997年2月至8月收集的数据寻找来自蟹状星云(CrabNebula)方向的10TeV和3TeVγ射线稳定发射的初步结果.分析表明,来自CrabNebula的3TeVγ射线的累积信号事例数显示了稳定增长的趋势,显著性达到了3.2σ,但没有发现10TeV和30TeVγ射线稳定发射的迹象.     

10~(15)eV附近初级宇宙线能谱指数的测量

本文介绍一个通过测量高能宇宙线初级粒子在广延大气簇射中发射的切伦柯夫光脉冲来确定初级宇宙线能谱的方法和装置.给出了在能量范围2.9×10~(14)-4.0×10~(15)eV内,初级宇宙线积分能谱幂指数γ=1.80±0.11.     

来自宇宙空间的γ射线

一、引 言 1960年用气球观测高空γ辐射,发现了来自银河平面处的γ射线流,能量约达10～8电子伏,在银河中心区域特别强烈.后来的观测发现,那些发射强烈无线电辐射的射电源,如天鹅座A源和蟹状星云等也都同时发射γ射线.近十年来利用气球和人造卫星对空间的各种γ辐射从低能(l0～5-10～7电子伏)一直到中能(10～7-10～9电子伏)这样一个甚宽的能量范围内进行细致的观测[1,2,3],结果就诞生了天文学的一个新分支──γ射线天文学.从此,人们观测到的从宇宙空间发来的光子的能量范围,就从射频超长波段(10～(-9)-10～(-10)电子伏)起一直延续到中能γ…     

ARGO实验探测γ暴的灵敏度研究

西藏羊八井ARGO实验是对广延大气簇射事例进行观测研究的"全覆盖式"地面宇宙线观测实验, 其主要目的之一就是探测E>10GeV的γ暴. 通过Monte Carlo模拟, 估算了ARGO实验探测10GeV γ暴所具有的灵敏度.     

超高能宇宙γ射线所提出的疑问

在五十年代以前的二十多年里,几乎所有的新粒子都是首先从宇宙线中发现的.只是随着具有GeV能量和更高能量的加速器的相继建成,高能物理学家才逐渐把注意力转向加速器实验. 近几年建立起来的一系列新的超高能宇宙线粒子探测器已观测到从一些“点源”发射来的能量高于1015eV的高能宇宙线粒子.而在此之前人们还从未探测到能量高于1012eV的从点源发出的宇宙线粒子. 观测到从点源发出的超高能宇宙线粒子无疑会有助于解开七十多年来未能解决的宇宙线起源之谜.更重要的是,对这一系列观测进行分析得出的结果还向物理学家提出了一系列疑问. 高能原…     

银河宇宙线核传播的蒙特卡罗模拟

采用银河系超新星爆发中激波加速产生宇宙线的假定,用Monte Carlo方法模拟了宇宙线核在星际空间中的传播.模拟计算中采用加速器实验中测得的核碰撞截面和核散裂几率,考虑宇宙线核在星际介质中的作用和能量变化率,并采用标准漏箱模型决定宇宙线传播的扩散,最后采用力场近似处理太阳调制对宇宙线核的影响,所得到的0.5至20GeV/N的初级宇宙线硼、碳比,矾,铁比以及氧和铁的能谱与实验结果符合较好.讨论了超新星爆发的激波压缩比因子的不同取值对结果的影响.     

探测到位于银心的“暗”宇宙线源

宇宙线是来自外层空间不断轰击地球大气层的高能粒子．自从1912年奥地利科学家赫斯(victor F．Hess)发现此天外来客以来，90多年过去了，至今，天体物理学家仍不清楚能量极高的宇宙线来自何处以及它们是怎样被加速到如此高的能量的，但科学家们相信宇宙线的加速机制与极高能量γ射线的产生是有关联的．     

HL-1M装置中超热电子的X射线辐射测量

用新研制的五通道碘化汞（ＨｇＩ２）半导体探测器阵列分别观测了在欧姆发热、弹丸注入及离子回旋共振加热（ＩＣＲＨ）条件下,ＨＬ－１Ｍ等离子体中的超热电子引起的能量在１０～１５０ｋｅＶ范围内的Ｘ射线辐射强度的时空变化,及超热电子辐射的Ｘ射线能谱。结果显示,在ＩＣＲＨ期间,等离子体边缘的Ｘ辐射增强,超热电子的温度大约为３０ｋｅＶ,ＩＣＲＨ的能量沉积在等离子体边缘。