“拉索”再获重大发现！认证第一个超级宇宙线加速源

“拉索”再获重大发现！

红星新闻记者从中国科学院高能物理研究所获悉，高海拔宇宙线观测站（LHAASO，“拉索”）在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能伽马射线泡状结构，历史上首次找到能量高于1亿亿电子伏的宇宙线的起源天体。

该成果于2月26日以封面文章的形式在《Science Bulletin》（《科学通报》）上正式发表。该研究工作由中国科学院高能物理研究所牵头的LHAASO国际合作组完成，中国科学院院士、高能物理研究所研究员曹臻，高能物理研究所的博士研究生高川东、李骢副研究员，南京大学的柳若愚研究员，中国科学技术大学的杨睿智教授为论文的共同通讯作者。

在我们肉眼看不见的宇宙深处，无数粒子正以接近光的速度飞驰，穿过浩淼宇宙，时时刻刻造访着地球。这些产生于宇宙深处的高能“子弹”，就是宇宙线，其成分包括质子和各种原子核，还有少量的光子、中微子、电子等。

宇宙线的起源是当代天体物理学最重大的前沿科学问题之一。测量发现，宇宙线的能谱（即宇宙线数量随粒子能量的分布）在1千万亿电子伏附近呈现出一个拐折结构，因其形状类似膝关节而被称为宇宙线能谱的“膝”。科学家们认为，能量比“膝”低的宇宙线起源于银河系内的天体，而“膝”的存在也表明银河系大部分的宇宙线源加速质子的能量极限在1千万亿电子伏左右。

然而，究竟何种天体能把宇宙线能量加速到这么高能量，形成“膝”的能谱结构，仍然是一个未解之谜，也是近年来宇宙线研究中最引人关注的课题之一。

“拉索”此次在天鹅座恒星形成区发现的巨型超高能伽马射线泡状结构，内有多个能量超过1千万亿电子伏的光子分布其中，最高达到2千万亿电子伏。一般来说，产生能量为2千万亿电子伏的伽玛光子，需要能量至少高10倍的宇宙线粒子。因此，这表明泡内部存在超级宇宙线加速器，源源不断地产生能量至少达到2亿亿电子伏的高能宇宙线粒子，并注入到星际空间。

这些高能宇宙线与星际空间中的气体物质发生碰撞产生伽马光子，光子的数目与周围气体的分布呈现清晰的关联，而位于泡中心附近的大质量恒星星团（Cygnus OB2星协）则是超级宇宙线加速器最可能的候选天体。

星协是由很多表面温度超过约3万5千度的恒星（O型星）和表面温度超过约1万5千度的恒星（B型星）这类年轻、炽热的大质量恒星组成密集星团。这些恒星的辐射强度是太阳的百倍至百万倍，巨大的辐射压将恒星表面物质吹出，形成了强烈的星风，速度可达每秒上千

公里。星风与周围星际介质的碰撞以及星风之间的猛烈碰撞产生了强激波、强湍流的极端环境，成为强大的粒子加速器。

这是迄今为止人们能够认证的第一个超级宇宙线加速源，随着观测时间的增加，“拉索”将可能探测到更多的千万亿电子伏乃至更高能量宇宙线的加速源，有望解决银河系宇宙线起源之谜。

延伸阅读——

“拉索”是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，是由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子探测器阵列、7.8万平方米水切伦科夫探测器阵列以及由18台广角切伦科夫望远镜组成的复合阵列。

“拉索”于2021年7月建成并开始高质量稳定运行，是国际上最灵敏的超高能伽马射线探测装置。目前，已有32个国内外天体物理研究机构成为“拉索”的国际合作组成员单位，成员约280人。

红星新闻记者 彭祥萍

编辑 于曼歌

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