Het grote observatorium voor luchtdouches op grote hoogte (LHAASO), een van China's belangrijkste nationale wetenschappelijke en technologische infrastructuurfaciliteiten, heeft nauwkeurig de helderheid gemeten van meer dan 3,5 ordes van grootte van de standaardkaars in de hoge-energieastronomie, daarmee een nieuwe standaard voor ultra-high-energy (UHE) gammastralingsbronnen kalibreren. De standaard kaars is de beroemde Krabnevel, die voortkwam uit de "gastster" die werd geregistreerd door de keizerlijke astronomen van de Chinese Song-dynastie.

LHAASO heeft ook een foton ontdekt met een energie van 1,1 PeV (1 PeV =één quadriljoen elektronvolt), wat wijst op de aanwezigheid van een extreem krachtige elektronenversneller - ongeveer een tiende van de grootte van het zonnestelsel - die zich in het kerngebied van de Krabnevel bevindt. De versneller kan elektronen bekrachtigen tot een niveau 20, 000 keer groter dan wat CERN's Large Electron-Positron Collider (LEP) ooit kan bereiken, daarmee nadert de absolute theoretische limiet van klassieke elektrodynamica en ideale magnetohydrodynamica.

Resultaten worden gepubliceerd in Wetenschap op 8 juli. De LHAASO Internationale Samenwerking, die wordt geleid door het Institute of High Energy Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen, deze studie afgerond.

De Krabnevel is 6, 500 lichtjaar van de aarde. Het werd geboren in een heldere supernova-explosie in 1054 na Christus. Het is het eerste supernova-overblijfsel dat door de moderne astronomie is geïdentificeerd met een duidelijk historisch record. De nevel herbergt een energetische pulsar met een periode van 30 milliseconden. De snel roterende magnetosfeer van de pulsar drijft een krachtige wind aan bestaande uit elektron-positronparen die met bijna de lichtsnelheid bewegen. De elektronen/positronen in de pulsarwind versnellen verder naar hogere energieën zodra de wind het omringende medium ontmoet. De nevel wordt geproduceerd door de straling van de versnelde elektronen/positronen.

De Krabnevel is een van de weinige bronnen die in alle energiebanden is gemeten, d.w.z., radio, infrarood, optisch, ultraviolet, Röntgenstraling en gammastraling. Het spectrum is al tientallen jaren uitgebreid bestudeerd door veel waarnemers. Als een heldere en stabiele hoge-energiebron, de Krabnevel wordt beschouwd als de standaardkaars voor veel verschillende energiebanden. In deze capaciteit, het dient als referentie voor het meten van andere bronnen.

LHAASO heeft het spectrum van de Krabnevel gemeten aan de hoogste energiekant, die het brede bereik 0,0005-1,1 PeV dekt. Het heeft metingen van de afgelopen decennia bevestigd. Het heeft ook voor het eerst een nauwkeurige meting in de UHE-band (0,3-1,1 PeV) bereikt, dus het kalibreren van de helderheid van de standaardkaars over zo'n ongekend energiebereik.

Van de 12 UHE-gammastralingsbronnen die eerder door LHAASO zijn ontdekt, de Krabnevel werd geïdentificeerd als een van de twee bronnen die PeV-fotonen kunnen uitzenden, en is de enige bron met een duidelijke astrofysische tegenhanger. Het gemeten 1,1 PeV-foton levert direct bewijs voor de versnelling van 2,3 PeV-elektronen in de bron. Zo'n energie is ongeveer 20, 000 keer de maximaal haalbare energie van de krachtigste kunstmatige elektronenversneller, de LEP, dat is de voorloper van de LHC. Omdat elektronen met hoge energie een sterk energieverlies lijden in een magnetisch veld, de versneller in de Krabnevel moet met een ongelooflijk hoge efficiëntie werken om het enorme energieverlies te compenseren. Volgens de LHAASO-meting, zijn versnellingsefficiëntie kan 15% van de theoretische bovengrens bereiken, dus overtreft die van de supernova-explosiegolf met een factor 1, 000. Dit vormt een uitdaging voor het standaardparadigma van elektronenversnelling in hoogenergetische astrofysica. Een diepgaande analyse en bespreking van dit onderwerp worden gedetailleerd beschreven in de huidige paper in Wetenschap .

LHAASO is een belangrijke nationale wetenschappelijke en technologische infrastructuurfaciliteit die zich richt op observatie en onderzoek van kosmische straling. Het bevindt zich op 4, 410 meter boven zeeniveau op de berg Haizi in Daocheng County, provincie Sichuan en heeft een oppervlakte van ongeveer 1,36 km ² . Het is samengesteld uit 5, 195 elektromagnetische deeltjesdetectoren en 1, 188 Muon-detectoren in de vierkante kilometer complexe array, een 78, 000 m ² de detectorserie van watercherenkov, en 18 Cherenkov-telescopen met een groot gezichtsveld. Met behulp van deze vier technieken, LHAASO zal in staat zijn om luchtdouches die worden gegenereerd door kosmische straling of gammastraling omnidirectioneel te meten met meerdere variabelen tegelijk.

Basisinformatie over de invallende deeltjes, zoals aankomstrichting, type en energie, kan worden gemeten door de reconstructie van de buien. De nieuw gepubliceerde ontdekking toont aan dat LHAASO in staat is metingen te controleren met behulp van meerdere detectietechnieken, waardoor betrouwbare en nauwkeurige resultaten worden verzekerd. LHAASO wordt deze maand opgeleverd en in gebruik genomen. Met een verwachting van het detecteren van 1-2 fotonen met energieën rond 1 PeV van de Krabnevel per jaar, de puzzel van de kosmische PeV-elektronenversneller wordt de komende jaren ontrafeld.