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图片中间者为维克托·赫斯（图片来源：public domain）
观测基地航拍图（图片来源：LHAASO合作组）
蟹状星云（图片来源：NASA, ESA, NRAO, AUI, NSF and G. Dubner）
从射电、红外、光学、紫外、X射线到伽马射线，天文学家们已经在各种不同波段上研究了其光谱。不过，在关于蟹状星云的图景中，仍然存在缺失的一环，那就是超高能的伽马射线。在之前对蟹状星云的观测中，最高能光谱为0.3 PeV。而LHAASO的出现，让我们得以通过全新的视角观测蟹状星云。
自2019年开启对蟹状星云的观测以来，LHAASO已经捕捉到了近百次能级超过0.1 PeV的伽马光子信号。其中，两个PeV级的超高能信号尤其受到关注：去年1月，LHAASO就捕捉到了一个0.88 PeV的信号，这正是5月《自然》论文的12个超高能信号之一；此后LHAASO更进一步，在今年1月探测到能量高达1.1 PeV的伽马光子。这不仅是来自蟹状星云的最高能光子、为证明蟹状星云是潜在的拍电子伏宇宙线加速器提供了更坚实的证据，同时还向这一领域的“标准模型”发起了挑战。
在此之前，天文学家已经在22个量级上精确测定了蟹状星云的光谱，得到了一个比较简单的结构。对于这个结构，物理学家可以用简单的电子加速模型，也就是高能天体领域的“标准模型”加以解释。但是，1.1 PeV光子的出现向这个理论的极限发起了挑战。
最新这篇《科学》论文的第一作者、中科院高能物理研究所的研究员曹臻介绍道：“如果这个光子的确源自超高能电子的撞击，那么这个电子的能量会高达2.3 PeV。在蟹状星云的环境中，这就要求加速过程具有超乎想象的高效率——甚至逼近经典电动力学和磁流体力学的理论极限。”如果今后的观测找到能量更高的伽马光子，那么“标准模型”就可能面临严重的危机。
“此外，LHAASO观测到的超高能波段的光谱，已经比较明显地表现出了偏离‘标准模型’的特征。”曹臻说。在较低的能级上，对蟹状星云的观测数据都精确符合理论模型。但是，超高能的观测结果似乎与模型存在分歧。当然曹臻也表示，目前LHAASO获取的超高能信号数量还太少，“如果将来大量的观测结果证实了这个偏离情况，那么‘标准模型’就需要修正了。这或许可以解决前面的第一个挑战，但也可能就此为宇宙线的起源提供证据，带来更大的突破。”
接下来，即将进入完全体的LHAASO将继续对来自蟹状星云等天体的超高能伽马光子进行多年观测。按照设计目标，LHAASO每年应该能至少探测到1~2个来自蟹状星云的超高能伽马光子，因此，研究团队希望通过未来数年的观测，证实现有的发现，并且揭开更多关于超高能粒子和奥秘。
原始论文：
PeV gamma-ray emission from the Crab Nebula
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/07/07/science.abg5137
参考材料：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03498-z
https://www.scientificamerican.com/article/highest-energy-particles-yet-arrive-from-ancient-crab-nebula/
http://www.ihep.cas.cn/lhaaso/zyxw/202107/t20210709_6129533.html
https://timeline.web.cern.ch/victor-hess-discovers-cosmic-rays-0
《中国天文史4000年》
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