我国高海拔宇宙线观测取得重大突破 LACT首台望远镜成功捕获远古伽马信号

近日,位于四川稻城海子山、海拔4410米的高海拔宇宙线观测站迎来关键进展:大型超高能伽马源立体跟踪装置(LACT)首台望远镜(工程样机)完成“首光”,标志着我国在超高能伽马射线立体观测体系建设上迈出实质一步。

问题:宇宙线从何而来仍是前沿难题。

宇宙线是来自外太空的高能粒子,其加速机制、源区环境与传播过程牵涉多学科交叉,是当代天体物理领域最具挑战性的科学问题之一。

要回答“宇宙线从哪里来”,需要更精确地锁定超高能伽马射线源并获得更清晰的成像与时间信息,因为伽马射线常被视作高能粒子加速与相互作用的重要“信使”。

但在超高能段,信号稀少且背景复杂,对探测灵敏度与定位精度提出更高要求。

原因:以“立体观测”提升辨识度与精度。

此次实现“首光”的6米成像大气切伦科夫望远镜,工作原理可概括为“捕光成像”:当宇宙线或伽马射线进入大气并引发空气簇射时,会产生切伦科夫光,望远镜如同超高速相机,将簇射光信号形成完整图像并进行事件甄别。

1月26日晚,工程样机对准蟹状星云方向开展观测,在记录到的大量宇宙线簇射事例中,识别出多个来自约6500年前的伽马射线信号;在连续两晚观测中,项目组在蟹状星云方向事件中进一步提取出超过背景的光子信号。

对高能天体而言,能否在强背景中“看清楚、辨得准”,直接决定科学结论的可靠性。

影响:从单点突破到体系能力提升。

LACT项目于2024年9月获批立项,目标是建设由32台成像大气切伦科夫望远镜组成的阵列,并与现有“拉索”探测器协同形成多手段、互补式的立体观测网络。

相较单一探测手段,阵列化与多探测器协同可显著提升超高能伽马源的定位精度与成像质量,并在观测覆盖、系统误差控制、事件甄别等方面形成合力。

这不仅有助于更准确描绘银河系内外高能天体的辐射特征,也将为检验粒子加速理论、探索宇宙线可能源区提供更有力的数据支撑。

对策:以关键技术攻关夯实工程化基础。

高海拔环境对设备材料、机械结构、热控与运维保障提出更高要求。

项目组介绍,首台望远镜从设计、研制到高海拔现场安装调试,主要由青年科学家团队自主完成,并在若干关键技术上取得突破,其中包括研制出性能达到国际先进水平的新型复合材料反射镜。

工程样机在稻城站点完成安装与调试后,项目组依据多项测试数据对望远镜设计进行优化与定型。

1月28日,第二台望远镜(定型件)在天府宇宙线研究中心安装并开展性能确认测试,随后将进入量产阶段。

通过“样机验证—设计定型—性能确认—批量生产”的工程路径,可在降低风险的同时加快形成持续稳定的观测能力。

前景:加快构建高能天文观测“新工具箱”。

按计划,2026年将完成4台望远镜的制作与安装并投入运行。

随着阵列规模扩大、与既有探测器的协同不断深化,LACT有望在超高能伽马射线源精细定位、瞬变现象捕捉以及关键能段测量等方面释放更大科学潜力,并在全球高能天文研究中提供更多可对比、可验证的观测样本。

业内人士认为,围绕宇宙线起源这一重大科学问题,未来更需要长期、稳定、体系化的观测积累;此次“首光”意味着相关工作已从方案论证走向实战观测,为后续成果产出奠定了坚实基础。

LACT首台望远镜的成功"首光",是我国科技自主创新的又一次生动实践。

这支由青年科学家组成的团队,在高海拔、高难度的环境中,依靠自主研发和创新突破,将科学梦想转化为现实。

随着项目的逐步推进,这个融合了国际先进技术与自主创新的观测阵列,必将在探索宇宙奥秘的征途中发挥越来越重要的作用,为人类揭开宇宙线起源的神秘面纱贡献中国力量。