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100TeVγ射线源探索和宇宙线成分能谱观测及相关高能天体爆发现象和辐射机制的研究
结题报告
批准号:
11533007
项目类别:
重点项目
资助金额:
330.0 万元
负责人:
黄晶
学科分类:
A1503.恒星晚期演化及爆发、致密天体及其相关高能过程
结题年份:
2020
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
卢红、丁林恺、朱清棋、张颖、翟留名、陈旭、单增罗布、拉巴次仁、刘茂元
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中文摘要
目前GeV到TeV能区已发现众多γ源,多数符合高能电子起源,下一步要找到与高能宇宙线起源密切联系的高能爆发天体。2014年西藏ASγ实验完成了重大升级并开始取数:1)增建4500 m2地下muon探测器,排除宇宙线背景达99.99%,是10TeV以上能区国际最灵敏的γ天文望远镜;2)建成由124台簇射“芯”探测器组成的阵列实验,使百TeV能区,核种分辨率为90%以上,能量决定精度达12%,是目前膝区宇宙线成分能谱观测最灵敏的实验。我们预期可能观测到10-100TeV能区10个左右γ源,也可能观测到未知γ源,将率先实现膝区宇宙线天体物理起源的确定。在宇宙线成分研究方面,将率先观测到质子谱,氦谱及铁谱,测出它们能谱“膝”位置,回答膝区鼓包是否由太阳系邻近的SNR源产生,为宇宙线天体物理起源作出领先的、重要的贡献。
英文摘要
So far,many GeV-TeV γ-ray sources have been found and showed that most are consistent with the origin of high energy electrons. The next duty is to search for high energy bodies that tightly related with the origin of high energy cosmic rays. In 2014 an important upgrade of the Tibet ASγ project was completed. We built: 1. a new underground muon detector with an area of 4500m2 for that a 99.99% background exclusion rate is reached that makes the new ASγ a most sensitive >10TeV γ-ray telescope; 2. a new AS core detection array containing 124 detectors, reaching >90% resolution of nuclear kinds and 12% accuracy of energy determination, that also makes ASγ a most sensitive experiment of the ‘knee’ energy cosmic ray component-spectra observation. Data taking is going on. We expect to observe about 10 γ-ray sources at 10-100TeV region that possibly include unknown sources and give the first evidence of astrophysical origin of ‘knee’ energy cosmic rays. In addition, we expect to firstly obtain the primary proton, helium and iron spectra and their knee positions that will answer whether the peak at the ‘knee’ comes from the SNR sources near the solar system and make a leading and important contribution to the astrophysical origin of ‘knee’ energy cosmic rays.
宇宙线起源问题被列为是 21 世纪 11 大科学难题之一,更被称为“世纪之谜”。本项目利用我们创新性开发的地下水切论科夫探测器(Tibet-MD),使ASγ实验成为100TeV能区国际最灵敏的γ射线天文台。在此基础上,我们利用新升级的ASγ实验数据开展了系列相关研究,获得了以下系列顶级实验成果:1)我们对北天区开展 10-100TeV 能区 γ 射线源巡天扫描,给出首张北天区 100 TeV以上能区γ射线源天图, 确认了15 个能量大于 10 TeV的甚高能γ射线源,其中能量大于 100 TeV 以上的伽马源有 7 个。这 15个源中有 2 个与超新星遗迹(SNR)成协, 12个与脉冲星风云(PWN)成协,另外一个是未知天体源。在此基础上,我们展开北天区 γ 射线源及能谱和辐射机制的研究。2)我们国际首次发现迄今最高能量宇宙伽玛辐射,来自蟹状星云方向,能量高达 450TeV,这是超高能伽玛射线天文学重要的里程碑,宣告人类对极端宇宙的探索从此正式迈入100TeV (100万亿电子伏特)以上的观测能段,结果被《物理评论快报》推荐为最高级别的高亮点论文,在国际上取得巨大反响,被美国的《科学》杂志和Physics World 头版头条报道。3)国际首次发现超新星遗迹G106.3+2.7是银河系内潜在的PeV强子宇宙线源 (论文已被《Nature astronomy》接收)。4)国际首次探测到来自银河系的极高能弥散伽马辐射,这些伽马射线的最高能量接近 1 PeV ( 1000万亿电子伏特)。更重要的是我们证明了这些伽马射线是从最强大的星系源(PeVatron: PeV强子宇宙线源)逃逸出来的宇宙射线与银河系星际介质之间强相互作用产生的。这是国际首次找到了银河系强子宇宙线起源的证据,解决了长达100年的神秘的膝区宇宙线起源的“世纪之谜”,是国际宇宙线业界重要的里程碑。论文已被美国的《物理评论快报》接收,并立刻被 PRL 推荐为最高级别的高亮点论文。5)国际首次观测到银河系的天鹅座(Cygnus)区域有2个超高能伽马射线源,其能谱延伸超过 100 TeV 以上。6)另外,我们还开展了宇宙线成分能谱研究,实现“膝”区质子谱、氦谱、铁谱及其“膝”的精确测量,为宇宙线天体物理起源、传播加速提供宝贵的实验证据。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1088/1748-0221/11/06/p06016
发表时间:2016-02
期刊:Journal of Instrumentation
影响因子:1.3
作者:Yizhe Zhang;J. Huang;D. Chen;L. Zhai;Xinfa Chen;Xiao-Bin Hu;Y.H. Lin;H. Jin;X.-Y. Zhang;C. Feng;H. Jia;X. Zhou;D. Danzengluobu;T. Chen;Labaciren Labaciren-Labaciren;M. Liu;Q. Gao;Zhaxiciren Zhaxiciren-Zhaxiciren
通讯作者:Yizhe Zhang;J. Huang;D. Chen;L. Zhai;Xinfa Chen;Xiao-Bin Hu;Y.H. Lin;H. Jin;X.-Y. Zhang;C. Feng;H. Jia;X. Zhou;D. Danzengluobu;T. Chen;Labaciren Labaciren-Labaciren;M. Liu;Q. Gao;Zhaxiciren Zhaxiciren-Zhaxiciren
On the Solar Cycle Variation of the Solar Diurnal Anisotropy of Multi-TeV Cosmic-ray Intensity Observed with the Tibet Air Shower Array
西藏空气簇射阵观测的多TeV宇宙线强度太阳日各向异性的太阳周期变化
DOI:10.1051/epjconf/201920808012
发表时间:2019-05
期刊:The European Physical Journal, conf.
影响因子:--
作者:M. Amenomori;X. J. Bi;D. Chen;T. L. Chen;W. Y. Chen;S. W. Cui;Danzengluobu;L. K. Ding;C. F. Feng;Zhaoyang Feng;Z. Y. Feng;Q. B. Gou;Y. Q. Guo;H. H. He;Z. T. He;K. Hibino;N. Hotta;Haibing Hu;H. B. Hu;J. Huang;H. Y. Jia;L. Jiang;F. Kajino;K. Kasahara;Y. Kat
通讯作者:Y. Kat
DOI:10.1093/mnras/staa2151
发表时间:2020-08
期刊:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
影响因子:4.8
作者:Zhang Xiao;Chen Yang;Huang Jing;Chen Ding
通讯作者:Chen Ding
Towards a better estimation of energy and species of primary cosmic rays in the knee region with the Tibet hybrid experiment: Utilization of refined EAS lateral distributions
通过西藏混合实验更好地估计膝盖区域初级宇宙线的能量和种类:利用改进的 EAS 横向分布
DOI:--
发表时间:2019
期刊:The European Physical Journal, conf.
影响因子:--
作者:Ying Zhang;J. Huang;D. Chen;L. M. Zhai;Xu Chen;Yu-Hui Lin;Jian-Hua Fang;Yoshiaki Nakamura
通讯作者:Yoshiaki Nakamura
First Detection of sub-PeV Diffuse Gamma Rays from the Galactic Disk: Evidence for Ubiquitous Galactic Cosmic Rays beyond PeV Energies
首次探测到来自银盘的亚 PeV 漫射伽马射线:超出 PeV 能量的银河宇宙射线无处不在的证据
DOI:10.1103/physrevlett.126.141101
发表时间:2021-04-05
期刊:PHYSICAL REVIEW LETTERS
影响因子:8.6
作者:Amenomori, M.;Bao, Y. W.;Zhou, X. X.
通讯作者:Zhou, X. X.
面向南天区高海拔超高能伽马射线天文的试验阵列
  • 批准号:
    12227804
  • 项目类别:
    国家重大科研仪器研制项目
  • 资助金额:
    892.00万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    黄晶
  • 依托单位:
利用羊八井(YAC+Tibet-III) 数据进行 10TeV 以上能量朝前区强子作用性质的研究
空气簇射轴芯探测器阵列和邻近宇宙线源的探索
国内基金
海外基金