59、超高能伽马射线望远镜：探索宇宙高能奥秘

超高能伽马射线望远镜：探索宇宙高能奥秘

1. 引言

最高能量的光子被称为伽马辐射，它涵盖了电磁频谱中一个巨大的频段，频率从约 (10^{18})Hz 开始，能量约为 (10^{5}) 电子伏特（eV）。高能（HE；约 100 MeV - 100 GeV）和超高能（VHE；约 100 GeV - 100 TeV）光子为我们呈现了宇宙中极其强大过程的神秘景象。

宇宙中存在许多能将物质加速到相对论速度的环境，比如星系中心黑洞的延伸喷流、超新星爆炸的扩张冲击波以及快速旋转中子星的磁层等。伽马射线是这些环境中粒子加速的必然产物，也是其显著标志。例如，在我们银河系的超新星遗迹中，已经观测到能量超过 10 TeV 甚至接近 100 TeV 的伽马射线信号。

伽马射线还可用于绘制宇宙射线（加速电子和原子核）的分布。宇宙射线与星际介质的相互作用会产生伽马射线辉光，通过测量这种辉光，我们可以了解星系中宇宙射线的含量。我们的银河系在高能伽马射线天空中是最亮的天体，并且还有巨大的伽马射线发射瓣从中心黑洞延伸出来。

除了稳定的伽马射线源，伽马射线暴（GRBs）等瞬变现象也备受关注。GRBs 是与超新星和致密天体合并相关的极快且明亮的闪光，伽马射线观测通常是定位这些事件的首要线索，并能引导其他望远镜进行观测。此外，由于超高能伽马射线所处的能量范围在实验室中尚未充分探索，因此它们是寻找新的和奇异物理现象的理想工具。

不同特性的伽马射线源需要多样化的观测平台。一套具备高灵敏度、良好分辨率、精确计时、宽能量覆盖范围、广泛且频繁的天空覆盖以及快速响应能力的望远镜，是探索伽马射线天空及其天体特征的关键。

2. 物质中的伽马射线

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