我国自主研制大型伽马望远镜成功"首光" 捕获6500光年外宇宙关键信号

宇宙线从何而来、在何处被加速到极高能量、如何在星际介质中传播,是天体物理学长期关注的核心难题。

由于宇宙线本身带电,会在磁场中偏转,难以直接追溯源头;与之相关的高能伽马射线不带电,能够更“直线”地指向辐射源,被视为寻找宇宙线加速器的重要线索。

要在地面探测到超高能伽马射线,需要捕捉其进入大气后诱发的粒子簇射所产生的切伦科夫光,设备精度与观测条件缺一不可。

在这一背景下,四川省自主部署的LACT项目推进关键节点取得新进展。

1月26日晚,LACT首台口径6米的成像大气切伦科夫望远镜工程样机在四川甘孜藏族自治州稻城县海子山观测点启动观测,并在后续数据处理中从大量簇射事件中识别出来自蟹状星云方向的多个伽马射线信号。

蟹状星云距离地球约6500光年,在高能天文学中辐射稳定、特征明确,常被用作“标准烛光”对探测器进行标定与验证。

能够在“首光”阶段捕获其信号,意味着望远镜的光学系统、探测器读出与触发、时间同步、数据处理链条等关键环节实现了有效贯通,为后续阵列化建设奠定了工程与方法基础。

从原因看,一是观测站址的高海拔与良好大气条件提供了天然优势。

海拔4410米的稻城海子山地区大气稀薄、光学透明度较好,有利于地面望远镜接收微弱而短暂的切伦科夫光信号。

二是关键技术的自主突破增强了设备可靠性与稳定性。

据介绍,工程样机的设计、研制以及高海拔现场安装调试由项目青年科研团队自主完成,针对缺氧、低温、风沙等环境挑战,在反射镜、探测器等方面攻关,研制出性能达到国际先进水平的新型复合材料反射镜,提升了反射效率与环境适应能力,为首轮观测成功提供了硬支撑。

三是与既有观测体系的协同思路更加清晰。

LACT以阵列化成像大气切伦科夫望远镜为核心,目标是建成由32台望远镜组成的观测阵列,与高海拔宇宙线观测站的现有探测器协同,构建立体观测网络,从而在定位精度、成像能力和能量覆盖等方面实现提升。

从影响看,此次“首光”不仅是单台设备的阶段性验收,更是我国高能伽马射线观测能力体系化提升的重要一步。

其直接意义在于:通过对“标准烛光”源的探测,可对系统光学性能、点扩散函数、能量刻度、背景抑制与事例重建算法等进行更精细的验证与优化,为后续扩大阵列规模、提升灵敏度与稳定运行打下基础。

其更深层意义在于:当LACT阵列与现有探测器形成互补,可在更宽能段、更高空间分辨率下对银河系内的超高能伽马源进行精确定位和形态学研究,为识别潜在“宇宙线加速器”提供关键观测证据,并推动相关理论模型的检验与修正。

从对策角度看,面向下一步建设与运行,需在工程实施与科学产出之间形成闭环。

一方面,应在高海拔极端环境下进一步提升系统稳定性与可维护性,完善远程运行、故障诊断、备件保障与人员安全体系,降低长期运行成本。

另一方面,需强化数据质量控制与科学软件体系建设,推动多台望远镜联合触发、立体重建与背景抑制算法迭代,提高弱源探测能力与观测效率。

同时,可推动与国内外相关观测项目的数据互证与联动观测,在瞬变天体、极端能量过程等方向形成协同,提高科学发现的概率与影响力。

从前景判断看,LACT项目于2024年9月获批立项,当前“首光”结果表明关键技术路线与工程组织具备可行性。

随着阵列规模逐步扩大、与既有探测器的立体网络不断完善,我国在超高能伽马射线天文学领域有望进一步增强对重要天体源的成像与定位能力,在宇宙线起源、银河系内粒子加速机制、超新星遗迹与脉冲风星云的能量转化等重大问题上提供更具约束力的观测证据,并带动高性能光学材料、精密探测器、数据处理等相关技术持续进步。

从蟹状星云的伽马射线信号中,我们看到的不仅是宇宙深空的光芒,更是中国科研工作者自主创新的成果。

这台望远镜的首光成功,标志着我国在探索宇宙奥秘的征途中迈出了坚实的一步。

随着LACT项目的深入推进,我国将在超高能伽马射线探测领域占据更加重要的地位,为人类认识宇宙、揭示自然规律做出更大贡献。