日前，國科由中國科學院高能物理研究所牽頭的研人員國宇宙源高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，“拉索”）國際合作組宣布，際上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，首次歷史上首次找到能量高于1億億電子伏的認證宇宙線的起源天體。該成果于2月26日以封面文章的線起形式在《Science Bulletin》（《科(ke)學通報》）上(shang)正式發表。中(zhong)國科(ke)學院院士(shi)、國科(ke)高能(neng)物理(li)研(yan)究(jiu)所研(yan)究(jiu)員曹臻，研(yan)人員國宇宙(zhou)源高能(neng)物理(li)研(yan)究(jiu)所的際上(shang)博士(shi)研(yan)究(jiu)生高川東、李(li)驄副研(yan)究(jiu)員，首次(ci)南京大學的認證柳若愚研(yan)究(jiu)員，中(zhong)國科(ke)學技術大學的線起楊睿智教授為論文的共同通訊作者(zhe)。

宇宙線是從外太空來的帶電粒子，其主要成分為質子。研人員國宇宙源1912年，際上奧地利科學家赫斯首次發現宇宙線。此后的100年間，與之相關的探索與研究已經產生了6枚諾貝爾獎牌，但人類卻始終沒有發現宇宙線的起源。“宇宙線(xian)來自哪里，它們是如何被加(jia)速(su)到如此之高的(de)能量，一直是困(kun)擾科學家的(de)問題。”曹臻說。

2004年，美國(guo)國(guo)家(jia)科學技術委員會研究確定了新世(shi)紀科學研究的(de)11個世(shi)紀謎題，宇宙線(xian)起源及其(qi)加速(su)機制(zhi)名列其(qi)中。

此前，測量發現，宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)能譜（即宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)(xian)數量在(zai)粒(li)子(zi)能量上的(de)(de)(de)(de)分(fen)布）在(zai)1千萬億(yi)(yi)電子(zi)伏附近(jin)呈現出一(yi)個(ge)拐折(zhe)結構，因其形(xing)狀類似膝(xi)關節(jie)而(er)被(bei)稱為宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)(xian)能譜的(de)(de)(de)(de)“膝(xi)”。科學(xue)家們(men)認為，能量比“膝(xi)”低的(de)(de)(de)(de)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)(xian)起源于銀(yin)河(he)系內的(de)(de)(de)(de)天體，而(er)“膝(xi)”的(de)(de)(de)(de)存(cun)在(zai)也(ye)表明(ming)銀(yin)河(he)系大部分(fen)的(de)(de)(de)(de)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)(xian)源加速質子(zi)的(de)(de)(de)(de)能量極限(xian)在(zai)1千萬億(yi)(yi)電子(zi)伏左(zuo)右。然(ran)而(er)，究竟何種天體能把(ba)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)(xian)能量加速到(dao)這么高能量，形(xing)成“膝(xi)”的(de)(de)(de)(de)能譜結構，仍然(ran)是(shi)一(yi)個(ge)未解之謎(mi)，也(ye)是(shi)近(jin)年來宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線(xian)(xian)研究中最引人關注的(de)(de)(de)(de)課題之一(yi)。

拉(la)索此(ci)(ci)次在天鵝座恒星(xing)形成區(qu)發(fa)現的巨型超高(gao)能(neng)(neng)伽馬射線(xian)泡(pao)狀結(jie)構，內(nei)有多個能(neng)(neng)量(liang)(liang)超過1千萬億(yi)電(dian)子(zi)(zi)(zi)伏的光(guang)子(zi)(zi)(zi)分(fen)布其中，最高(gao)達到(dao)2千萬億(yi)電(dian)子(zi)(zi)(zi)伏。一般來說(shuo)，產生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)量(liang)(liang)為(wei)2千萬億(yi)電(dian)子(zi)(zi)(zi)伏的伽馬光(guang)子(zi)(zi)(zi)，需(xu)要能(neng)(neng)量(liang)(liang)至(zhi)少高(gao)10倍的宇宙線(xian)粒子(zi)(zi)(zi)。因此(ci)(ci)，這表明(ming)泡(pao)內(nei)部(bu)存在超級(ji)宇宙線(xian)加速器，源源不斷(duan)地產生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)量(liang)(liang)至(zhi)少達到(dao)2億(yi)億(yi)電(dian)子(zi)(zi)(zi)伏的高(gao)能(neng)(neng)宇宙線(xian)粒子(zi)(zi)(zi)，并注入(ru)到(dao)星(xing)際(ji)空間。

曹臻說：“這些高能宇宙線與星(xing)際(ji)空間(jian)中(zhong)的氣體物(wu)質發生(sheng)碰撞產(chan)生(sheng)伽馬(ma)光(guang)子，光(guang)子的數目與周圍(wei)氣體的分布呈現清晰(xi)的關(guan)聯，而位(wei)于泡(pao)中(zhong)心附(fu)近的大(da)質量恒星(xing)星(xing)團（Cygnus OB2星(xing)協）則是超(chao)級宇宙線加速器最可能的對(dui)應天體。”

為(wei)什么會有這樣的判斷？

曹(cao)臻進一步解釋(shi)說，星協是由很多表(biao)面溫(wen)(wen)度(du)(du)超過(guo)(guo)約(yue)3萬5千度(du)(du)的(de)(de)恒星（O型星）和表(biao)面溫(wen)(wen)度(du)(du)超過(guo)(guo)約(yue)1萬5千度(du)(du)的(de)(de)恒星（B型星）這類年(nian)輕(qing)、熾(chi)熱的(de)(de)大質(zhi)量恒星組成(cheng)(cheng)密集星團。“這些恒星的(de)(de)輻射強(qiang)度(du)(du)是太陽的(de)(de)百(bai)倍(bei)至百(bai)萬倍(bei)，巨(ju)大的(de)(de)輻射壓將恒星表(biao)面物質(zhi)吹出，形(xing)成(cheng)(cheng)了(le)強(qiang)烈的(de)(de)星風，速(su)度(du)(du)可達每秒上千公里。星風與周(zhou)圍星際介質(zhi)的(de)(de)碰(peng)撞以(yi)及星風之間的(de)(de)猛烈碰(peng)撞產生了(le)強(qiang)激波、強(qiang)湍(tuan)流的(de)(de)極端環境，成(cheng)(cheng)為強(qiang)大的(de)(de)粒子(zi)加速(su)器(qi)。”

科研團隊表示，這(zhe)是迄(qi)今為(wei)止人們(men)能夠認證的(de)第(di)一個超級宇宙(zhou)線加速源，隨(sui)著觀測時間的(de)增加，拉索將可能探測到更(geng)多的(de)千萬億電子伏(fu)乃(nai)至更(geng)高能量宇宙(zhou)線的(de)加速源，有(you)望解決銀河系宇宙(zhou)線起源之謎。

此(ci)外，拉索還根據觀測推(tui)斷出泡內超級(ji)宇(yu)宙線(xian)加速器(qi)使得(de)周邊星際空間的(de)宇(yu)宙線(xian)密度顯著高于銀河(he)系內宇(yu)宙線(xian)的(de)平均水平。

“其(qi)所影響(xiang)的空間范圍甚至遠超(chao)目前觀測到(dao)的氣(qi)泡尺度，為拉索(suo)此前探測到(dao)的銀河系(xi)彌散伽(jia)馬(ma)射線(xian)輻射的超(chao)出(chu)提供了一種(zhong)可(ke)能的解釋。”曹臻說。

拉索(suo)是(shi)以宇宙線(xian)(xian)觀測研究為核心的(de)國(guo)(guo)家重大科(ke)技基(ji)礎設(she)施(shi)(shi)，位(wei)于(yu)四川省稻城縣海拔4410米(mi)(mi)的(de)海子山(shan)，是(shi)由5216個(ge)電(dian)磁(ci)粒子探(tan)測器和1188個(ge)繆子探(tan)測器組成的(de)一平方(fang)公(gong)里(li)地面簇射(she)粒子探(tan)測器陣(zhen)列、7.8萬(wan)平方(fang)米(mi)(mi)水(shui)切倫科(ke)夫探(tan)測器陣(zhen)列以及由18臺廣角切倫科(ke)夫望遠(yuan)鏡組成的(de)復合陣(zhen)列。拉索(suo)于(yu)2021年7月建成并開始高(gao)質(zhi)量穩定運(yun)行，是(shi)國(guo)(guo)際(ji)上(shang)最靈敏的(de)超(chao)高(gao)能伽馬射(she)線(xian)(xian)探(tan)測裝(zhuang)置。設(she)施(shi)(shi)的(de)運(yun)行由中國(guo)(guo)科(ke)學院高(gao)能物(wu)理研究所承擔，采用通用的(de)國(guo)(guo)際(ji)合作模式，實現設(she)施(shi)(shi)平臺與觀測數據的(de)開放共享。目(mu)前，已(yi)有32個(ge)國(guo)(guo)內外天體物(wu)理研究機(ji)構成為拉索(suo)的(de)國(guo)(guo)際(ji)合作組成員(yuan)單位(wei)，成員(yuan)約280人。