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对我国高海拔宇宙线观测站(英文简称LHAASO),记录到天鹅座能量达1.4拍(拍=千万亿)电子伏的伽马光子,的科学分析

已有 412 次阅读 2021-5-20 12:31 |个人分类:物理|系统分类:论文交流

对我国高海拔宇宙线观测站(英文简称LHAASO),记录到天鹅座能量达1.4拍(拍=千万亿)电子伏的伽马光子,的科学分析

1.有关观测的报道

2021-05-17 12:04:25来源:中国青年报客户端

今天,中国科学院高能物理研究所、施普林格自然出版机构在北京联合发布:国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站”在银河系内发现大量超高能宇宙加速器,并记录到能量达1.4拍电子伏的伽马光子(拍=千万亿),这是人类观测到的最高能量光子,突破了人类对银河系粒子加速的传统认知,开启了超高能伽马天文学的时代。

我国高海拔宇宙线观测站的主体工程于2017年开始建设,20194月完成1/4的规模建设并投入科学运行。20201月,高海拔宇宙线观测站完成了1/2规模的建设并投入运行,同年12月完成3/4规模并投入运行。2021年,高海拔宇宙线观测站阵列将全部建成,成为国际领先的超高能,伽马探测装置,投入长期运行

此次成果是基于已经建成的1/2规模探测装置,在2020年内11个月的观测数据。科学家发现最高能量的光子来自天鹅座内非常活跃的恒星形成区,还发现了12个稳定伽马射线源,光子能量一直延伸到1拍电子伏附近,这是位于LHAASO视场内最明亮的一批银河系伽马射线源,测到的伽马光子信号高于背景7倍标准偏差以上,源的位置测量精度优于0.3

“虽然这次使用的数据还很有限,但所有能被LHAASO观测到的源,它们都具有0.1拍电子伏以上的伽马辐射,也叫‘超高能伽马辐射’。”这表明银河系内遍布拍电子伏加速器,而人类在地球上建造的最大加速器,只能将粒子加速到0.01拍电子伏。

银河系内的宇宙线加速器存在能量极限是个“常识”,过去预言的极限就在拍电子伏附近,从而预言的伽马射线能谱在0.1拍电子伏附近会有“截断”现象LHAASO的结果完全突破了这个“极限”。

2.光子在近似真空的太空运动距离随时间变化的规律

4维时空距离矢量,r0>>r(3)r(3)可忽略,成为仅有,时轴,的矢量:

r(0)[1线矢]={ic0t[0基矢]}

其中,i是虚数符,c0是真空中光速,t是光子从光源到观测点,的时间。即得到:光子在近似真空的太空随时间,t,运动的距离是c0t

根据静止质量m0=0的光子的能量与其频率成正比,动量与其速度成正比的特性,并具体分析:宇宙间各星体发射或反射的光子,在近似真空的太空,运动到达地球附近的观测点,都可在3位有效数字内近似地,被视为在均匀真空中运行。

由于光子在均匀近似真空中3维空间的运动速度,c0,不变,其光频率,随,运行的时间或距离改变,的规律应是始终一致的。

只要知道,星系发射光子的频率,的红移量,的数据,就能得到,其运动到观测系接收时对应的时间,t

2012年9月25日美国宇航局发布哈勃太空望远镜拍摄10年名为eXtreme Deep Field,即XDF,的照片,

                                         image.png      


宣称:所有这些图像都向我们展示了宇宙开始于137亿年前(根据观测到的最大红移量z=22所经历的时间是于137亿年),即:已知观测系接收到137(也有取3位有效数字近似值为138)亿年前,即,t=137亿年时,某星系的、光频率,的红移量z=22,而从该星系发射时,即,t=0时,当然是z=0

即已知:t0=0时,z0=0t=137亿年时,z=22

以,t=10亿年为单位、z=22为单位,对照相应各观测点作图,(粗估数据只能有3位有效数字) 就得到观测系在相应任何时间差,t,星体该光频率相应的红移量,z的数值。即:

z(=1221)  0.002.072.105.169.8031

t(=10亿年,为1)0.073.730.803.876.9931

t~z图表明:它是双曲线的一支(理论分析也证明:z~t应是双曲线的一支)

应有:(z0-z)(t0-t)=常数a选取如下3:

z(z=1为单位,221)    .000.1051.00

t(10亿年为单位,13.71).000.8031.00

按上式,定3个常数z0t0a,就解得:

z=-2.97x10^(-2)-3.05x10^(-2)/(t-1.03)

请注意:当t-1.03,z=+,-无穷大,即y轴,所在处。

经t时间的红移量,z

=(t时的波长-0时的波长)/0时的波长

取如下,各0时的波长,L0,即得,t~z的图a

image.png


图a

由此得到各星系光频率红移量z随时间t如图1,红移与蓝移交替的双曲线,的变化规律,也是,时空位置1线矢时轴坐标,ic0t光,中的经历的时间t(各种粒子时空位置矢量,时轴与空间轴的变化规律,是此图按右手螺旋转动45度角的图像)。

t趋于1.03时,z趋于无穷大(见图中第2象限)

t=1.032.06,就转到第4象限,而z就从趋于负无穷大到趋于0(见图中第4象限)

特别注意到:对于确定的波长L0,时间每增加137亿年(即:图a,t,每+1),红移量,z,就都相等,当时间是整数的137亿年(即t=整数),红移量就都=22(见图a中,t=1、2、3、4的各曲线)。

因此,按最大红移量z=22,并不能,如美国宇航局根据哈勃太空望远镜拍摄10年名为eXtreme Deep Field,即XDF,的照片,而得出,所谓“宇宙开始于137亿年前”的错误结论。

http://blog.sciencenet.cn/blog-226-1212302.html 

http://blog.sciencenet.cn/blog-226-1218381.html 

新华网发展论坛20202132224

3.用光子在近似真空的太空运动距离随时间变化的规律,科学分析我国高海拔宇宙线观测站(英文简称LHAASO)观测到的重要现象和数据结果

我国LHAASO所观测的重要结果,实际上,都是,因为,这个国际领先的超高能,伽马探测装置,能观测到,宇宙中各星体,辐射及反射,经红移而随时间或距离,能量按其规律逐渐衰减的,更远的光,而得到的。

经t时间的红移量,z,也

=(0时的频率-t时的频率)/0时的频率。

又因,光子的能量=普朗克常量,h乘频率

经t时间的红移量,z,也

=(0时的能量-t时的能量)/0时的。

已知,天鹅座距离地球大约610到1500光年,按公式:

z=-2.97x10^(-2)-3.05x10^(-2)/(t-1.03),计算:

因,z=6.5010^(-6)完全可当做0,而有:

t=1.03-2.97/3.05=1.03-0.974=0.956

也就是:,实际是:

t=0.956z=6.5010^(-6)

现在,新观测到的,0时的能量=1.410^(3)电子伏,

t时的能量却是原有(即,所谓“背景”),的7倍,就说明,它实际是,t=7.956,星体,传来的的,并非在天鹅座的光子传来的

    而在,此前,成倍地提高观测能力,并未发现传来高于0.1拍电子伏能量的星体,因而,预计在此能量附近会有“截断”现象。现在看来,不仅LHAASO的结果已经完全突破了这个“极限”而且,继续提高观测能力,还可能在,有更多个时段,的情况下,观测到发射更高能量的星体,直到宇宙各星体的最高能量




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