Tibet ASgamma-experimentet, ett Kina-Japan gemensamt forskningsprojekt, har upptäckt den kosmiska gammastrålningen med högsta energi som någonsin observerats från en astrofysisk källa – i det här fallet, krabbanebulosan. Experimentet upptäckte gammastrålar från> 100 Teraelectron volt (TeV) (Fig. 1) till uppskattningsvis 450 TeV. Tidigare, den högsta gammastrålningsenergin som någonsin observerats var 75 TeV av HEGRA Cherenkov-teleskopet.

Forskare tror att den mest energiska av gammastrålningen som observerades av Tibet ASgamma-experimentet producerades genom interaktion mellan högenergielektroner och kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning, kvarvarande strålning från Big Bang.

Krabbnebulosan är en känd supernovarest i stjärnbilden Oxen. Den observerades först som en mycket ljus supernovaexplosion 1054 e.Kr. (se Fig.1). Det noterades i officiella historier om Song-dynastin i det antika Kina såväl som i Meigetsuki, skriven av den japanska poeten Fujiwara no Teika från 1100-talet. I den moderna eran, Krabbnebulosan har observerats med hjälp av olika typer av elektromagnetiska vågor inklusive radiovågor och optiska vågor, Röntgenstrålar och gammastrålar.

Tibet ASgamma-experimentet har pågått sedan 1990 i Tibet, Kina, på en höjd av 4300 meter över havet. Samarbetet mellan Kina och Japan lade till nya myondetektorer av Cherenkov-typ under de befintliga kosmiska stråldetektorerna 2014 (se Fig.2). Dessa underjordiska myondetektorer undertrycker 99,92 procent av bakgrundsljudet från kosmisk strålning (se Fig.3). Som ett resultat, 24 gammastrålningskandidater över 100 TeV har upptäckts från krabbnebulosan med lågt bakgrundsljud. Den högsta energin uppskattas till 450 TeV (se Fig.2).

Forskarna antar följande steg för att generera gammastrålar med mycket hög energi:(1) I nebulosa, elektroner accelereras upp till PeV, dvs. peta (tusen biljoner) elektronvolt inom några hundra år efter supernovan; (2) PeV-elektroner interagerar med den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen (CMBR) som fyller hela universum; (3) En CMBR-foton sparkas upp till 450 TeV av PeV-elektronerna. Forskarna drar alltså slutsatsen att krabbanebulosan nu är den mest kraftfulla naturliga elektronacceleratorn som hittills upptäckts i vår galax.

Detta banbrytande arbete öppnar ett nytt högenergifönster för att utforska det extrema universum. Detekteringen av gammastrålar över 100 TeV är en nyckel för att förstå ursprunget till kosmiska strålar med mycket hög energi, som har varit ett mysterium sedan upptäckten av kosmiska strålar 1912. Med ytterligare observationer med detta nya fönster, vi förväntar oss att identifiera ursprunget till kosmiska strålar i vår galax, nämligen, pevatroner, som accelererar kosmiska strålar upp till PeV-energier.

"Detta är ett fantastiskt första steg framåt, " sa prof. HUANG Jing, medtalesman för Tibet ASgamma-experimentet. "Det bevisar att våra tekniker fungerade bra, och gammastrålar med energier upp till några hundra TeV existerar verkligen. Vårt mål är att identifiera många pevatroner, som ännu inte har upptäckts och som antas producera de mest energirika kosmiska strålarna i vår galax."