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，2019年4月完成1/4的规模建设并投入科学运行。2020年1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，当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，

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=0；t=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(=1，22为1)  ：0，.002，.072，.105，.169，.803，1

t(=10亿年，为1)：0，.073，.730，.803，.876，.993，1

作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点:

z(以z=1为单位，22为1)    ：.000，.105，1.00

t(以10亿年为单位，13.7为1)：.000，.803，1.00

按上式，定3个常数z0，t0，a，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：

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)。

当t趋于1.03，时，z趋于无穷大(见图中第2象限)。

从t=1.03到2.06，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2020年2月13日22时24分

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=约6.50乘10^(-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=0.956，z=6.50乘10^(-6)，

现在，新观测到的，0时的能量=1.4乘10^(3)电子伏，而

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。