在四川稻城海拔 4410 米的海子山上,空气稀薄、寒风凛冽,这里人迹罕至,却有一座巨型天文观测装置静静伫立,它就是高海拔宇宙线观测站(LHAASO),人们亲切地称它为 “拉索”。它宛如人类安放在地球之巅的 “天眼”,专注探寻宇宙线的奥秘。
图片来源:中国科学院高能物理研究所
巨型装置:多技术协同的“宇宙猎手”
“LHAASO”占地面积约1.36平方公里,由地面簇射粒子探测器阵列(包含5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器)、水切伦科夫探测器阵列(面积约78000平方米)和广角切伦科夫望远镜阵列(18台)组成,采用四种探测技术,可全方位、多变量测量来自高能天体的伽马射线和宇宙线。
资料来源:中国科学院高能物理研究所 高海拔宇宙线观测站宣传册
重大而深远的科学使命
它肩负着重大而深远的科学使命。其核心科学目标是探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体演化和暗物质的研究。具体的科学目标:
(1) 探索高能宇宙线起源。通过精确测量高能伽马源宽范围能谱,研究高能辐射源粒子的特征,探寻银河系内重子加速器存在的证据,在发现宇宙线源方面取得零的突破;精确测量宇宙线能谱和成分,研究宇宙线加速和传播机制。
(2) 开展全天区伽马源扫描搜索,大量发现新伽马源,特别是河外源,积累各种源的统计样本,探索其高能辐射机制,包括产生强烈时变现象的机制,研究以超大质量黑洞为中心的活动星系核的演化规律,捕捉宇宙中的高能伽马暴事例,探索其爆发机制。
(3) 探寻暗物质、量子引力或洛仑兹不变性破坏等新物理现象,发现新规律。
令人瞩目的科学成果
“LHAASO” 在实际观测中也取得了令人瞩目的成果。2022年10月9日21点,它接收到了宇宙深处传来的伽马射线暴GRB221009A,并完整记录了这一迄今最亮伽马暴的万亿电子伏特伽马射线爆发全过程。
GRB221009A来自约20亿光年之外——一颗比太阳重20多倍的大质量恒星燃烧完其核聚变燃料,恒星核心无法再通过核聚变产生足够压力来抵抗自身引力,从而导致核心快速坍缩,这一过程触发了一场剧烈的超新星爆发,并发出了一个持续几百秒的“宇宙烟花”。这一伽马暴产生的伽马光子经过20多亿年的旅程到达地球,“拉索”成为全球唯一一个正对这场伽马射线暴的地面探测器。
图片来源:中国科学院高能物理研究所
2024 年,“LHAASO”再次给科学界带来惊喜。其研究团队在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能伽马射线泡状结构,这是人类历史上首次发现能量高于1亿亿电子伏特宇宙线的起源天体。成果在《科学通报》上发表后再次引起学术界的轰动,成为当今宇宙线研究的重要里程碑。
图片来源:中国科学院高能物理研究所
从科研重器到科普
“LHAASO”的价值不仅限于学术突破。作为国家科研科普基地,其稻城观测基地与成都天府宇宙线研究中心联动,通过“宇宙线科学进校园”等活动,将原本深奥晦涩的天文知识,转化为公众可感知、易理解的有趣体验。
千百年来,中国人从未停止过对宇宙苍穹的探索与追问。正如 “拉索” 首席科学家曹臻所说:“去考宇宙的古”,我们通过 “拉索”,如同考古学家探索古老遗迹一般,挖掘宇宙中隐藏的秘密。LHAASO的每一次发现,都是人类向宇宙深渊迈出的坚实一步。在这片离天空最近的土地上,中国科学家正以科技之力,不断书写着新的宇宙故事,为人类文明点亮新的星辰。