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使用宇宙射线中子爆发了解雷电产生的伽马射线爆发

来自闪电映射器和小型手持辐射探测器的数据分析出乎意料地揭示了雷电产生的伽马射线爆发的样子,方法是观察非常大的宇宙射线阵雨从土壤中产生的中子。这项工作是在墨西哥的高海拔切伦科夫(HAWC)宇宙射线天文台进行的。

洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家,《地球物理研究快报》上发表的这项研究的主要作者格雷格·鲍尔斯说:“这是一个偶然的发现。” “我们建立了这个系统来研究地面伽马射线闪光或雷电产生的伽马射线暴,它们通常是如此明亮,您可以从太空中看到它们。当时的想法是HAWC对伽马射线暴很敏感,因此我们安装了雷电测绘仪,以捕捉雷电发展的解剖结构,并查明产生雷电的过程。”

包括Xuan-Min Shao和Brenda Dingus在内的团队也使用了一个小型手持式粒子探测器,他们期望地面伽马射线闪光会在小型粒子探测器中产生清晰的伽马射线信号。

鲍尔斯说:“我们的系统运行了将近两年,我们看到了很多闪电。” 但是在那些风暴中,他们没有观察到任何看起来像地面伽马射线闪光的东西。“但是,在晴朗,晴朗的日子里,我们确实看到了大量的计数爆发,这让我们抓狂了。”

在这段时间里收集到的HAWC数据表明,在每种情况下,组成HAWC的大型阵列都被超大型的宇宙射线阵雨淹没了—如此之大,洛斯阿拉莫斯的研究人员无法估算其大小。

加州大学圣克鲁斯分校的合作者戴维·史密斯(David Smith)发现,俄罗斯的科学家此前曾观察到这些公平天气爆发,他们称这些爆发为“中子爆发”,并确定它们是宇宙射线撞击点附近土壤中产生中子的结果。淋浴芯。

先前模拟这些事件的工作仅在喷淋的核心中考虑了强子(一种亚原子粒子)。除强子和其他粒子外,宇宙射线淋浴芯还包含许多伽玛射线。

对于这项工作,同样来自洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)的威廉·布莱恩(William Blaine)模拟了大型宇宙射线阵雨,并包括强子和伽马射线。鲍尔斯说:“我们能够使我们的观察与模拟相匹配。” “我们发现,伽马射线产生与强子相同类型的中子爆发。”

这项研究表明,任何产生指向地面的伽马射线束的自然现象(例如向下的地面伽马射线闪光),都可能产生类似的“中子猝发”信号。这对于未来的地面伽马射线闪光观测建模工作具有重要意义。

鲍尔斯说:“它告诉我们,您不仅可以模拟撞击探测器的伽马射线,还必须考虑附近发生的中子爆发。”

HAWC天文台在墨西哥普埃布拉的内拉内格拉火山侧面高处装有一系列充满水的水箱,那里稀薄的大气层为观察伽玛射线提供了更好的条件。当伽马射线撞击大气中的分子时,它们会产生高能粒子的阵雨。当这些微粒中的一些撞击HAWC检测器水箱内的水时,它们会产生闪光,称为切伦科夫辐射。通过研究这些切伦科夫闪光灯,研究人员重建了淋浴的来源,以了解导致淋浴的粒子。

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