“拉索”再獲重大發(fā)現(xiàn)！認(rèn)證第一個超級宇宙線加速源

“拉索”再獲重大發(fā)現(xiàn)！

紅星新聞記者從中國科學(xué)院高能物理研究所獲悉，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，“拉索”）在天鵝座恒星形成區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個巨型超高能伽馬射線泡狀結(jié)構(gòu)，歷史上首次找到能量高于1億億電子伏的宇宙線的起源天體。

該成果于2月26日以封面文章的形式在《Science Bulletin》（《科學(xué)通報》）上正式發(fā)表。該研究工作由中國科學(xué)院高能物理研究所牽頭的LHAASO國際合作組完成，中國科學(xué)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(xué)的柳若愚研究員，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的楊睿智教授為論文的共同通訊作者。

在我們?nèi)庋劭床灰姷挠钪嫔钐帲瑹o數(shù)粒子正以接近光的速度飛馳，穿過浩淼宇宙，時時刻刻造訪著地球。這些產(chǎn)生于宇宙深處的高能“子彈”，就是宇宙線，其成分包括質(zhì)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(dāng)代天體物理學(xué)最重大的前沿科學(xué)問題之一。測量發(fā)現(xiàn)，宇宙線的能譜（即宇宙線數(shù)量隨粒子能量的分布）在1千萬億電子伏附近呈現(xiàn)出一個拐折結(jié)構(gòu)，因其形狀類似膝關(guān)節(jié)而被稱為宇宙線能譜的“膝”。科學(xué)家們認(rèn)為，能量比“膝”低的宇宙線起源于銀河系內(nèi)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(zhì)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么高能量，形成“膝”的能譜結(jié)構(gòu)，仍然是一個未解之謎，也是近年來宇宙線研究中最引人關(guān)注的課題之一。

“拉索”此次在天鵝座恒星形成區(qū)發(fā)現(xiàn)的巨型超高能伽馬射線泡狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)有多個能量超過1千萬億電子伏的光子分布其中，最高達(dá)到2千萬億電子伏。一般來說，產(chǎn)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(nèi)部存在超級宇宙線加速器，源源不斷地產(chǎn)生能量至少達(dá)到2億億電子伏的高能宇宙線粒子，并注入到星際空間。

這些高能宇宙線與星際空間中的氣體物質(zhì)發(fā)生碰撞產(chǎn)生伽馬光子，光子的數(shù)目與周圍氣體的分布呈現(xiàn)清晰的關(guān)聯(lián)，而位于泡中心附近的大質(zhì)量恒星星團(tuán)（Cygnus OB2星協(xié)）則是超級宇宙線加速器最可能的候選天體。

星協(xié)是由很多表面溫度超過約3萬5千度的恒星（O型星）和表面溫度超過約1萬5千度的恒星（B型星）這類年輕、熾熱的大質(zhì)量恒星組成密集星團(tuán)。這些恒星的輻射強(qiáng)度是太陽的百倍至百萬倍，巨大的輻射壓將恒星表面物質(zhì)吹出，形成了強(qiáng)烈的星風(fēng)，速度可達(dá)每秒上千

公里。星風(fēng)與周圍星際介質(zhì)的碰撞以及星風(fēng)之間的猛烈碰撞產(chǎn)生了強(qiáng)激波、強(qiáng)湍流的極端環(huán)境，成為強(qiáng)大的粒子加速器。

這是迄今為止人們能夠認(rèn)證的第一個超級宇宙線加速源，隨著觀測時間的增加，“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。

延伸閱讀——

“拉索”是以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，位于四川省稻城縣海拔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臺廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡組成的復(fù)合陣列。

“拉索”于2021年7月建成并開始高質(zhì)量穩(wěn)定運(yùn)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(nèi)外天體物理研究機(jī)構(gòu)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 于曼歌

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