HAWC：具有巨大能量的光子是否来自银河系的最大“加速器”？

多年来，在浩瀚的银河系中，天体物理学家一直在追踪Pevatrons--具有巨大能量的粒子的天然加速器。多亏了水切伦科夫伽马射线天文台(HAWC)，天文学家刚刚发现了它们存在的另一个可能的踪迹：具有一些最高能量的光子。然而，特别重要的是，这次高能光子不仅被记录下来，而且它们可能的起源地也被确定了。

研究人员知道Pevatrons是存在的，只是不知道它们到底在哪里，也不知道它们是什么样子。它们被认为是我们银河系中最大的天然粒子加速器，能够将质子和电子加速到能量甚至比可见光的光子能量大很多亿倍。探测pevatrons的问题源于它们加速的粒子带有电荷，因此会被星系中的磁场所偏转。HAWC伽马射线天文台刚刚收集到的数据所带来的发现，使天文学家更接近于找到第一个宇宙中的 "evatron "并了解其性质。

HAWC天文台位于墨西哥Sierra Negra火山的山坡上，海拔4100米，由300个水箱组成，每个水箱周围都有敏感的光电倍增管。当二次宇宙辐射的粒子以比光速更快的速度在水中飞行时，进入水箱，就会出现电磁 "轰鸣"--微弱的辐射闪光，由光电倍增管仪探测并放大。对各个水箱中同时观测到的闪光进行仔细分析，就可以提取出启动记录的次级粒子级联的初级宇宙辐射的粒子类型、能量和方向的信息。

“根据HAWC收集的数据，我们能够确定能量约为200 teraelectronvolts的光子的来源。对于光子来说，这是一个极端的数值，比我们眼睛感知到的光子的典型能量大一百万亿倍。”来自克拉科夫波兰科学院核物理研究所（IFJ PAN）的Sabrina Casanova博士说。她与Francisco Sales Greus博士和来自美国密歇根理工大学的博士生黄德志一起，是发表在优秀天文学杂志《天体物理学杂志通讯》上的分析报告的主要作者之一。

与质子和电子相比，光子有一个令人愉快的特点：它们无视磁场，沿着时空允许的最短路径奔向目标。因此，一旦在一个星系内确定了光子的来源方向，通常就可以确定其来源。这不是一件容易的事，但在这种情况下，它是成功的。200TeV光子的来源原来是最近发现的脉冲星eHWC J1825-134的一个区域，在南半球维拉星座的背景中可见，距离地球约1.3万光年。

观测到这样的高能光子是非常罕见的，要确定来源更是难能可贵。目前的记录属于中日ASgamma探测器在西藏探测到的能量为450TeV的光子。在该案例中，光子来自金牛座背景中著名的蟹状星云中的一颗脉冲星附近。

"我们现在知道有两种机制可以解释能量为200TeV及以上的光子的存在，"Salesa Greus博士解释说，然后详细说明。"根据第一种机制，这种高能光子的来源可能是能量稍高的电子，由超新星残骸或脉冲星发射，然后与充满宇宙的微波背景辐射相互作用。这种情况似乎符合蟹状星云的情况。事件过程的第二种变体假设光子是由于脉冲星发射的质子与星际空间的物质相互作用而诞生的。在这种情况下，特别有趣的是，质子的能量必须比观测到的光子的能量至少大一个数量级！"

eHWC J1825-134脉冲星的区域是一个复杂的天文结构，其内部有几个高能伽马射线源。HAWC的研究人员已经确定，200TeV光子的来源并不是脉冲星本身，而是一个以前未知的来源：附近的星际物质云。它围绕着一个年轻的恒星群，年龄约为100万年，被命名为[BDS2003]8。因此，观测到的光子可能是由eHWC J1825-134脉冲星发出的质子，在[BDS2003]8星团内，它有足够的时间在本地磁场中加速到几PeV的能量，并在与云的相互作用中产生高能光子。如果这种变异的事件过程在随后的观测中得到证实，我们将面对银河系中发现的第一个 pevatron。

"目前，我们的数据太少，无法明确决定负责在eHWC J1825-134区域产生200TeV光子的宇宙加速器的性质。然而，如果有一个银河系的 pevatron隐藏在某个地方，我们已经成功地找到了一个非常好的候选者，"Casanova博士指出。