IT之家 2 月 27 日消息，據中國科學院高能物理研究所消息，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，“拉索”）在天鵝座恒星形成區發現了一個巨型超高能伽馬射線泡狀結構，歷史(shi)上首次找(zhao)到能量高于 1 億億電(dian)子伏(fu)的宇(yu)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(guo)際合作(zuo)組完(wan)成，中(zhong)國科學院院士(shi)、高(gao)(gao)能物(wu)理研(yan)究(jiu)所(suo)研(yan)究(jiu)員曹臻，山東大學和高(gao)(gao)能物(wu)理研(yan)究(jiu)所(suo)聯合培養博士(shi)研(yan)究(jiu)生高(gao)(gao)川東，高(gao)(gao)能物(wu)理研(yan)究(jiu)所(suo)李驄副研(yan)究(jiu)員，南京大學柳若愚研(yan)究(jiu)員，中(zhong)國科學技術大學楊睿智教授為論文的共同通訊作者。

據介紹，宇宙線是從外太空來的帶電粒子，其主要成分為質子。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（即宇宙線數量在粒子能量上的分布）在 1 千萬億電子伏附近呈現出一個拐折結構，因其形狀(zhuang)類似(si)膝關節(jie)而(er)被稱為宇宙線能譜(pu)的“膝”。

科學家們認為，能(neng)(neng)量(liang)(liang)比“膝(xi)”低的宇宙(zhou)線起源(yuan)于銀河系(xi)內(nei)的天體(ti)，而(er)“膝(xi)”的存在(zai)也表(biao)明銀河系(xi)大部分(fen)的宇宙(zhou)線源(yuan)加(jia)速質(zhi)子的能(neng)(neng)量(liang)(liang)極限在(zai) 1 千(qian)萬億電子伏左右。然而(er)，究竟何(he)種天體(ti)能(neng)(neng)把宇宙(zhou)線能(neng)(neng)量(liang)(liang)加(jia)速到這(zhe)么(me)高能(neng)(neng)量(liang)(liang)，形成“膝(xi)”的能(neng)(neng)譜結構(gou)，仍(reng)然是一個未(wei)解之(zhi)謎，也是近年來(lai)宇宙(zhou)線研究中最(zui)引人關注(zhu)的課題之(zhi)一。

拉索此次在天鵝座恒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(liang)超(chao)過 1 千(qian)(qian)萬億(yi)(yi)電(dian)子(zi)(zi)伏(fu)的光(guang)子(zi)(zi)分布其(qi)中，最高(gao)達到 2 千(qian)(qian)萬億(yi)(yi)電(dian)子(zi)(zi)伏(fu)。

一般來說(shuo)，產(chan)生能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)為 2 千萬億電(dian)子(zi)伏的(de)(de)伽馬光子(zi)，需要(yao)能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)至少高(gao) 10 倍的(de)(de)宇(yu)(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)粒子(zi)。因此，這(zhe)表明泡內部存在(zai)超(chao)級(ji)宇(yu)(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)加速器，源(yuan)源(yuan)不斷(duan)地產(chan)生能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)至少達(da)到 2 億億電(dian)子(zi)伏的(de)(de)高(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)宇(yu)(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)粒子(zi)，并(bing)注入到星際(ji)(ji)空間。這(zhe)些高(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)宇(yu)(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)與星際(ji)(ji)空間中(zhong)的(de)(de)氣(qi)體物質發生碰撞產(chan)生伽馬光子(zi)，光子(zi)的(de)(de)數目與周圍氣(qi)體的(de)(de)分布呈現清晰(xi)的(de)(de)關(guan)聯，而位于泡中(zhong)心附近的(de)(de)大(da)質量(liang)恒星星團（Cygnus OB2 星協）則是超(chao)級(ji)宇(yu)(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)加速器最可(ke)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)對應天(tian)體。

星(xing)(xing)協是由很多表面溫度(du)(du)超過約 3 萬(wan) 5 千度(du)(du)的(de)(de)(de)恒(heng)星(xing)(xing)（O 型(xing)星(xing)(xing)）和表面溫度(du)(du)超過約 1 萬(wan) 5 千度(du)(du)的(de)(de)(de)恒(heng)星(xing)(xing)（B 型(xing)星(xing)(xing)）這類年輕、熾熱的(de)(de)(de)大質(zhi)(zhi)量恒(heng)星(xing)(xing)組(zu)成(cheng)密集星(xing)(xing)團。這些恒(heng)星(xing)(xing)的(de)(de)(de)輻射強(qiang)度(du)(du)是太陽(yang)的(de)(de)(de)百倍(bei)(bei)至百萬(wan)倍(bei)(bei)，巨(ju)大的(de)(de)(de)輻射壓將恒(heng)星(xing)(xing)表面物質(zhi)(zhi)吹出，形成(cheng)了強(qiang)烈的(de)(de)(de)星(xing)(xing)風，速度(du)(du)可達每秒上千公里。星(xing)(xing)風與周圍(wei)星(xing)(xing)際介質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)碰(peng)撞以及星(xing)(xing)風之(zhi)間的(de)(de)(de)猛(meng)烈碰(peng)撞產生了強(qiang)激波、強(qiang)湍流的(de)(de)(de)極端環(huan)境，成(cheng)為強(qiang)大的(de)(de)(de)粒子加(jia)速器。

這是迄(qi)今為止人(ren)們能夠認證的第(di)一個超(chao)級宇宙線(xian)加速源，隨著觀測時間的增加，拉(la)索將可能(neng)探測到更(geng)多的千萬億電(dian)子(zi)伏乃至更(geng)高能(neng)量宇(yu)宙線的加速源，有(you)望(wang)解決銀河系(xi)宇(yu)宙線起源之(zhi)謎(mi)。

拉(la)索還根據觀測(ce)推(tui)斷出泡內超級宇宙(zhou)(zhou)線(xian)加速器(qi)使得(de)周邊星際空間的宇宙(zhou)(zhou)線(xian)密(mi)度(du)顯(xian)著高(gao)于銀河系(xi)內宇宙(zhou)(zhou)線(xian)的平均(jun)水平。其所影響(xiang)的空間范圍甚至(zhi)遠超目前觀測(ce)到的氣泡尺度(du)，為拉(la)索此前探測(ce)到的銀河系(xi)彌散伽馬射線(xian)輻射的超出提供了一種可能的解釋。

IT之家注：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，位于四川(chuan)省稻(dao)城縣海拔(ba) 4410 米的海子(zi)山，是由 5216 個(ge)電磁粒子探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)和(he) 1188 個(ge)繆子探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)組成的一平方公里地(di)面簇射粒子探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)陣(zhen)(zhen)列(lie)、7.8 萬平方米水切倫科夫探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)陣(zhen)(zhen)列(lie)以(yi)及由 18 臺廣角切倫科夫望遠鏡組成的復合陣(zhen)(zhen)列(lie)。

拉索于 2021 年 7 月建成并開始高質量穩定運行，是國際上最(zui)靈(ling)敏的(de)超(chao)高能伽馬射線探測(ce)裝置。設施的運行(xing)由中國科學院高能物理(li)研究所承擔，采用通(tong)用的國際(ji)合作模式(shi)，實現設施平臺(tai)與觀測(ce)數據的開放共享(xiang)。目前，已有(you) 32 個(ge)國內外天體物理(li)研究機構(gou)成為拉索的國際(ji)合作組成員單位(wei)，成員約(yue) 280 人(ren)。

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