首次发现高能宇宙线新来源！“拉索”成果又上新

陈小将

 接收“天外来信”，我国高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）又有新发现！

  11月16日，“拉索”发布最新科学成果，表明由黑洞与伴星相互作用形成的微类星体是强大的“粒子加速器”，可将宇宙线加速至“膝”及以上的高能量，为揭示黑洞在宇宙线起源中的作用提供重要观测证据。

  此次研究由中国科学院高能物理研究所牵头的国际研究团队完成，相关论文成果在国际学术期刊《国家科学评论》（英文版）和《科学通报》（英文版）上发表。

  什么是宇宙线？

  宇宙线是来自外太空的带电粒子，主要成分为各种原子核，被称为传递宇宙大事件的“信使”。但宇宙线尤其是高能、超高能宇宙线的起源一直是待解之谜。

  在宇宙线的能谱（宇宙线数量在粒子能量上的分布）上，有一个关键转折点，大约在3千万亿电子伏处，宇宙线的数量会突然急剧减少。这个拐点因为形状酷似人的膝盖，被形象地称为“膝”。

  “拉索”首席科学家、中国科学院高能物理所曹臻院士介绍，以前科学家们主要认为，宇宙线来自超新星遗迹，也就是大质量恒星爆炸后的残骸。但是观测和理论都显示，它们很难把粒子加速到“膝”及以上的高能量。

  如何探寻宇宙线？

  由于宇宙线粒子带电，在传播过程中会受磁场影响而“拐弯”，所以无法直接根据宇宙线粒子行迹找到其起源天体。不过，当宇宙线与星际物质发生碰撞时，所产生的高能伽马射线却是不带电的，可以在太空中保持“直线飞行”。

  “这些高能伽马射线就像宇宙线在银河系内留下的一串串‘足迹’，通过它们，科学家可以反推出宇宙线的加速源位置，为寻找宇宙线起源天体提供重要依据。”曹臻说。

  “拉索”做了什么？

  “拉索”此次的发现直接指向了一类宇宙中的特殊系统——微类星体。处于双星系统中的黑洞，凭借其强大的引力不断吞噬伴星的物质，在这个过程中，部分物质会以喷流形式被喷射出来，这种有吸积也有喷流的黑洞就是微类星体。

  此次研究中，“拉索”首次捕捉到来自五个微类星体的超高能伽马射线信号，结合“拉索”精确测量出的宇宙线能谱，研究人员发现产生这些伽马射线的粒子能量正处于宇宙线能谱的“膝”区。

  “这表明，银河系里存在多种‘粒子加速器’。微类星体具有明显高于超新星遗迹的加速极限，能达到‘膝’的能量门槛，成为高能宇宙线的新来源。”曹臻说。

  作为以宇宙线观测研究为核心目标的国家重大科技基础设施，“拉索”此次新发现，不仅破解了困扰学界多年的宇宙线“膝”形成之谜，更是第一次在观测上将“膝”结构与具体类型的天体——黑洞喷流系统关联起来，为理解宇宙的极端物理过程开辟了一条新的途径。

  深度参与科学事业，拓展人类认知边界，“拉索”正持续带来具有全球影响力的突破性成果。

  策划：陈芳

  记者：刘祯、吴晓颖

  统筹：王敏、吴晶、刘媛媛

  新华社国内部、新华社四川分社联合出品