“拉索”在銀河系捕捉到新的超級粒子加速器

　　記者5月7日從天府宇宙線研究中心獲悉，近期國家重大科技基礎設施高海拔宇宙線觀測站“拉索”（LHAASO）在探索極端宇宙方面取得突破。由中國科學院高能物理研究所牽頭，上海天文臺等單位共同參與的科研團隊首次探測到來自銀河系內伽馬射線雙星LS I +61° 303的超高能（>100 TeV，即100萬億電子伏特）伽馬射線信號。相關成果于5月6日在線發表于《物理評論快報》上。

　　宇宙線是來自外太空的高能粒子，其起源被稱為“世紀謎題”。尋找能夠將粒子加速到拍電子伏特（PeV，1000萬億電子伏特）級別的極端天體，是破解宇宙線起源的關鍵之一。

　　LS I +61° 303系統的軌道示意圖。（天府宇宙線研究中心供圖）

　　“早在20世紀60年代，LS I +61° 303就在光學巡天中被識別。天文學家在過去數十年里對它開展反復觀測，只是直到今天，我們才真正看到它隱藏的超高能一面。”中國科學院上海天文臺副研究員周佳能介紹，由一顆大質量恒星和一顆致密星（如中子星或恒星級黑洞）組成的“伽馬射線雙星”，是探究極端物理過程的天然實驗室，同時也是潛在的宇宙線加速源。

　　然而，在甚高能段（>0.1 TeV），人類已知的雙星系統十分有限。LS I +61° 303作為經典的伽馬射線雙星，此前的觀測最高能量僅覆蓋至10 TeV左右，是否存在更高能段的輻射一直是個謎。

　　作為建在海拔4410米高原上的大型復合探測陣列，“拉索”有著平方公里級的有效面積、寬視場和不受天氣、晝夜、月亮影響的全天候運行能力。“我們把收集到的高能光子一個個‘攢下來’，并把它們標記到雙星軌道的不同位置上，從而勾勒出在不同軌道位置（相位）上的光子流量分布。”周佳能介紹，科研團隊利用“拉索”超高靈敏度和寬能段覆蓋優勢，首次將LS I +61° 303的觀測能譜推至200 TeV，認證了其為超高能伽馬射線雙星。

　　伽馬射線雙星LS I +61° 303寬能段能譜測量結果。（天府宇宙線研究中心供圖）

　　另外，研究團隊還發現該系統的輻射流強會隨著其約26.5天的軌道周期發生變化，且這種“軌道調制”特征具有明顯的能量依賴性。科研團隊探測到的>100 TeV光子強烈暗示，在系統軌道的特定階段，可能是高能質子（強子）克服了重重阻礙，撞擊周圍致密的恒星風物質，從而產生了這些超高能伽馬射線。

　　“過去我們以為雙星只是高能輻射源，現在我們開始意識到，它們也可能是逼近拍電子伏特量級的天然粒子加速器。”周佳能表示，“拉索”的這一發現，不僅為這類系統作為潛在的極端天體提供了關鍵證據，也為極端物理環境下的粒子加速和輻射模型提供了新的觀測約束，同時為未來多信使天文學研究提供了新方向。（記者李力可）