“拉索”再獲重大發現！認證第一個超級宇宙線加速源

“拉索”再獲重大發現！

紅星新聞記者從中國科學院高能物理研究所獲悉，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，“拉索”）在天鵝座恆星形成區發現了一個巨型超高能伽馬射線泡狀結構，歷史上首次找到能量高於1億億電子伏的宇宙線的起源天體。

該成果於2月26日以封面文章的形式在《Science Bulletin》（《科學通報》）上正式發表。該研究工作由中國科學院高能物理研究所牽頭的LHAASO國際合作組完成，中國科學院院士、高能物理研究所研究員曹臻，高能物理研究所的博士研究生高川東、李驄副研究員，南京大學的柳若愚研究員，中國科學技術大學的楊睿智教授為論文的共同通訊作者。

在我們肉眼看不見的宇宙深處，無數粒子正以接近光的速度飛馳，穿過浩淼宇宙，時時刻刻造訪着地球。這些產生於宇宙深處的高能“子彈”，就是宇宙線，其成分包括質子和各種原子核，還有少量的光子、中微子、電子等。

宇宙線的起源是當代天體物理學最重大的前沿科學問題之一。測量發現，宇宙線的能譜（即宇宙線數量隨粒子能量的分布）在1千萬億電子伏附近呈現出一個拐折結構，因其形狀類似膝關節而被稱為宇宙線能譜的“膝”。科學家們認為，能量比“膝”低的宇宙線起源於銀河系內的天體，而“膝”的存在也表明銀河系大部分的宇宙線源加速質子的能量極限在1千萬億電子伏左右。

然而，究竟何種天體能把宇宙線能量加速到這麼高能量，形成“膝”的能譜結構，仍然是一個未解之謎，也是近年來宇宙線研究中最引人關注的課題之一。

“拉索”此次在天鵝座恆星形成區發現的巨型超高能伽馬射線泡狀結構，內有多個能量超過1千萬億電子伏的光子分布其中，最高達到2千萬億電子伏。一般來說，產生能量為2千萬億電子伏的伽瑪光子，需要能量至少高10倍的宇宙線粒子。因此，這表明泡內部存在超級宇宙線加速器，源源不斷地產生能量至少達到2億億電子伏的高能宇宙線粒子，並注入到星際空間。

這些高能宇宙線與星際空間中的氣體物質發生碰撞產生伽馬光子，光子的數目與周圍氣體的分布呈現清晰的關聯，而位於泡中心附近的大質量恆星星團（Cygnus OB2星協）則是超級宇宙線加速器最可能的候選天體。

星協是由很多表面溫度超過約3萬5千度的恆星（O型星）和表面溫度超過約1萬5千度的恆星（B型星）這類年輕、熾熱的大質量恆星組成密集星團。這些恆星的輻射強度是太陽的百倍至百萬倍，巨大的輻射壓將恆星表面物質吹出，形成了強烈的星風，速度可達每秒上千

公里。星風與周圍星際介質的碰撞以及星風之間的猛烈碰撞產生了強激波、強湍流的極端環境，成為強大的粒子加速器。

這是迄今為止人們能夠認證的第一個超級宇宙線加速源，隨着觀測時間的增加，“拉索”將可能探測到更多的千萬億電子伏乃至更高能量宇宙線的加速源，有望解決銀河系宇宙線起源之謎。

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“拉索”是以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎設施，位於四川省稻城縣海拔4410米的海子山，是由5216個電磁粒子探測器和1188個繆子探測器組成的一平方公里地面簇射粒子探測器陣列、7.8萬平方米水切倫科夫探測器陣列以及由18台廣角切倫科夫望遠鏡組成的複合陣列。

“拉索”於2021年7月建成並開始高質量穩定運行，是國際上最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置。目前，已有32個國內外天體物理研究機構成為“拉索”的國際合作組成員單位，成員約280人。

紅星新聞記者 彭祥萍

編輯 於曼歌

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