IT之家 11 月 16 日(ri)消息，今日(ri)，高海拔宇宙(zhou)線觀測站（LHAASO，又(you)稱“拉索”）發布(bu)了兩項(xiang)重要科(ke)學(xue)成(cheng)果(guo)，相關成(cheng)果(guo)發表(biao)于《National Science Review》和《Science Bulletin》。
科(ke)研(yan)人(ren)員發現(xian)(xian)，在銀河(he)系中有五個由黑洞與被其吸積的(de)(de)恒星構(gou)成(cheng)的(de)(de)微類星體可以將(jiang)宇宙(zhou)(zhou)中的(de)(de)粒子加速到極高能(neng)(neng)量，這一發現(xian)(xian)破解(jie)了困擾科(ke)學界近 70 年的(de)(de)一個未(wei)解(jie)之謎 —— 宇宙(zhou)(zhou)線(xian)質子能(neng)(neng)譜上形似人(ren)的(de)(de)膝蓋的(de)(de)拐折(zhe)結構(gou)從哪(na)里來。
這項成(cheng)果(guo)不僅揭示了宇宙線起源的關鍵機(ji)制(zhi)，也為理(li)(li)解黑洞系統的極端物(wu)理(li)(li)過程開辟了新(xin)的途徑。這些成(cheng)果(guo)由中國(guo)科(ke)學院(yuan)高能物(wu)理(li)(li)研(yan)究所、南(nan)京大(da)學、中國(guo)科(ke)學技術大(da)學、羅馬第一大(da)學等機(ji)構的研(yan)究人員共同完成(cheng)。
第(di)一(yi)(yi)項成果揭(jie)示了(le)微(wei)類星(xing)(xing)體(ti)作(zuo)為銀河系內強大的(de)粒(li)子加(jia)速器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)。微(wei)類星(xing)(xing)體(ti)是由處于雙星(xing)(xing)系統(tong)中(zhong)的(de)黑洞(dong)吸(xi)積伴星(xing)(xing)物(wu)質并(bing)產生相(xiang)對(dui)論性(xing)噴流形成的(de)天體(ti)。拉(la)索首次(ci)系統(tong)性(xing)地探測到來(lai)自(zi) SS 433、V4641 Sgr、GRS 1915+105、MAXI J1820+070 與 Cygnus X-1 等(deng)五個微(wei)類星(xing)(xing)體(ti)的(de)超(chao)(chao)高能(neng)(neng)(neng)伽(jia)馬射線(xian)。分析顯示，來(lai)自(zi) SS 433 的(de)輻射特征強烈表明(ming)其源于被黑洞(dong)加(jia)速的(de)高能(neng)(neng)(neng)質子與周圍物(wu)質碰(peng)撞。該系統(tong)中(zhong)質子加(jia)速能(neng)(neng)(neng)量超(chao)(chao)過 1 拍電(dian)子伏（PeV），總功率高達約每秒 10^32 焦耳。來(lai)自(zi) V4641 Sgr 的(de)伽(jia)馬射線(xian)能(neng)(neng)(neng)量達到 0.8 PeV，表明(ming)其父輩粒(li)子能(neng)(neng)(neng)量超(chao)(chao)過 10 PeV。這些(xie)發現證實(shi)微(wei)類星(xing)(xing)體(ti)是一(yi)(yi)類重要的(de)銀河系內 PeV 粒(li)子加(jia)速器(qi)，為解決“傳統(tong)認知中(zhong)超(chao)(chao)新星(xing)(xing)遺跡難以(yi)(yi)將(jiang)宇宙線(xian)加(jia)速至 PeV 以(yi)(yi)上高能(neng)(neng)(neng)區(qu)”的(de)問題提(ti)供了(le)新證據。
第二項(xiang)成(cheng)果聚(ju)焦于宇(yu)宙線質(zhi)子能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)譜的(de)(de)精(jing)確測量(liang)(liang)。宇(yu)宙線能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)分(fen)布(bu)在大(da)約 3 PeV 處存(cun)在一(yi)個(ge)關(guan)鍵轉(zhuan)折(zhe)點，因(yin)(yin)其形狀(zhuang)被(bei)稱為“膝(xi)”。近 70 年來，“膝(xi)”的(de)(de)成(cheng)因(yin)(yin)未明。拉(la)索利用其地面(mian)觀測裝置和多(duo)參數測量(liang)(liang)技術，成(cheng)功篩選出(chu)大(da)統(tong)計量(liang)(liang)、高(gao)(gao)純度的(de)(de)宇(yu)宙線質(zhi)子樣(yang)本，精(jing)確測量(liang)(liang)了其能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)譜，精(jing)度媲美衛(wei)星實驗。這(zhe)項(xiang)突破性測量(liang)(liang)揭示，在“膝(xi)區”存(cun)在一(yi)個(ge)超(chao)出(chu)預期的(de)(de)新“高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)組(zu)分(fen)”，而非此前假設的(de)(de)簡單冪律轉(zhuan)換。結(jie)合此前 AMS-02 衛(wei)星在低能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)區、“悟空”衛(wei)星在中能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)區的(de)(de)測量(liang)(liang)結(jie)果，表明銀河系內存(cun)在多(duo)種具有不同(tong)加速能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)力和能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)范圍的(de)(de)宇(yu)宙線源(yuan)天(tian)體。“膝(xi)”的(de)(de)結(jie)構被(bei)認為是產(chan)生該高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)組(zu)分(fen)的(de)(de)源(yuan)天(tian)體達到其加速極(ji)限的(de)(de)表現(xian)。
兩項(xiang)成(cheng)果相互印證，構建起(qi)一個科學圖景：PeV 能段的(de)宇(yu)宙(zhou)線(xian)(xian)(xian)(xian)質子主要來源(yuan)于微類(lei)星體這(zhe)類(lei)“新(xin)源(yuan)”。它們具有(you)高于超新(xin)星遺跡的(de)加速極限，能夠產生超過(guo)“膝”的(de)高能宇(yu)宙(zhou)線(xian)(xian)(xian)(xian)。這(zhe)不僅為解決困擾學界近 70 年(nian)的(de)“膝區(qu)”成(cheng)因難題邁出關鍵(jian)一步，也為理解黑洞系(xi)統在宇(yu)宙(zhou)線(xian)(xian)(xian)(xian)起(qi)源(yuan)中的(de)作用提供了重要的(de)觀(guan)測(ce)證據。拉(la)索(suo)的(de)復合型探測(ce)器設計使其既能通過(guo)探測(ce)超高能伽馬射線(xian)(xian)(xian)(xian)來研究宇(yu)宙(zhou)線(xian)(xian)(xian)(xian)源(yuan)天體，又能對抵達地球附近的(de)宇(yu)宙(zhou)線(xian)(xian)(xian)(xian)粒子進行精確測(ce)量，首(shou)次在觀(guan)測(ce)上將“膝”結構與(yu)黑洞噴流系(xi)統這(zhe)類(lei)具體天體關聯(lian)起(qi)來。
高海拔宇宙線(xian)觀(guan)測站由中國科學家自(zi)主設計、建(jian)設并運行。憑借其(qi)在伽馬射線(xian)天文探測與宇宙線(xian)精確測量兩方面的高靈敏(min)度，該觀(guan)測站在相關研(yan)究領(ling)域處于領(ling)先地位，持(chi)續產出具有全球(qiu)影響(xiang)力的成果。
IT之家附論文信息：
《Science Bulletin》DOI: //doi.org/10.1016/j.scib.2025.10.048
《National Science Review》DOI: //doi.org/10.1093/nsr/nwaf496
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