“拉索”发现仙后座A超新星遗迹伽马射线能谱上的新结构

4月3日，记者从天府宇宙线研究中心获悉，日前，国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站（LHAASO，中文简称“拉索”）以11倍显著性探测到著名的仙后座A超新星遗迹CassiopeiaA（CasA），并首次观测到其伽马射线能谱在TeV处呈现独特的鼓包结构，解释了超新星遗迹激波加速产生宇宙线理论与前期TeV伽马射线观测的矛盾。

仙后座A是银河系内最年轻的核塌缩型超新星遗迹之一，距离地球约11,000光年。它由一颗大质量恒星在约350（如果考虑到光线传播导致的时间延迟是约11000+350）年前爆发形成，是天文学家研究超新星爆发、粒子加速和宇宙线起源的天然“实验室”。

CasA是最亮的射电天体之一，长期以来，一直是多波段天文观测的焦点，但早期对其伽马射线辐射能谱的测量表明其能加速的粒子的最高能量只有几十TeV。这与自由膨胀阶段末期超新星遗迹激波可以加速产生PeV宇宙线的理论预期相去甚远。

拉索团队通过对超过1100天的高质量观测数据（能量高于0.8TeV）进行了深入分析，首次发现CasA的伽马射线能谱在甚高能段（TeV以上）显著变软，且在1TeV附近的流量约为传统成像大气切伦科夫望远镜（IACTs）测得值的两倍。

结合费米大面积望远镜（Fermi-LAT）在0.1GeV至1TeV能段的观测数据，研究团队发现CasA的伽马射线能谱在30GeV以上与单一幂律分布存在显著偏差，呈现出明显的鼓包结构（见图1）。

图1：CasA的宽能段伽马射线光谱

这个鼓包结构的发现，说明CasA的伽马射线能谱存在精细结构，并不能用之前简单的存在高能截断的幂律谱强子模型解释。LHAASO揭示的鼓包结构，可以解释为来自前行激波加速电子的逆康普顿过程（如图2），这样虽然被加速电子的最大能量由于受辐射能损的影响只有几个TeV，但是被加速原子核的能量可以很高，甚至达到拍电子伏。

图2：CasA的多波段光谱观测和模型解释

预期随着观测数据的积累，CasA在10TeV以上能段也可以被LHAASO探测到。这些结果为完善超新星遗迹伽马射线辐射能谱演化的统一模型提供了重要依据。