中国“拉索”捕获银河系新超级粒子加速器 能量超200万亿电子伏特

中国国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站（LHAASO，中文昵称“拉索”）在探索极端宇宙方面取得重大突破。最近，“拉索”首次探测到来自银河系内伽马射线双星LS I +61 303的超高能伽马射线信号，其能量超过200万亿电子伏特。这一发现不仅推动了对该类天体的观测至更高能段，也对现有的粒子加速理论形成挑战。

这项重大发现由中国科学院高能物理研究所和中国科学院上海天文台的“拉索”团队共同完成。相关论文近日在国际专业学术期刊《物理评论快报》上发表，并被选为“编辑推荐”，同时被美国物理学会官方科普杂志《物理》作为精选成果进行焦点报道。

探索宇宙线起源的关键

论文共同通讯作者、中国科学院上海天文台周佳能副研究员介绍，宇宙线是来自外太空的高能粒子，其起源被称为“世纪谜题”。寻找能够将粒子加速到拍电子伏特（PeV，1000万亿电子伏特）级别的极端天体（PeVatron），是破解宇宙线起源的关键之一。

由大质量恒星和致密星（如中子星或恒星级黑洞）组成的“伽马射线双星”是探究极端物理过程的天然实验室，也是潜在的宇宙线加速源。然而，在甚高能段（超过1000亿电子伏特）已知的双星系统十分有限。

LS I +61 303的突破性观测

LS I +61 303作为经典的伽马射线双星，此前观测的最高能量仅覆盖至10万亿电子伏特左右。更高能段的辐射是否存在一直是个谜。在本项研究中，研究团队充分利用“拉索”的超高灵敏度和宽能段覆盖优势，认证了LS I +61 303为超高能伽马射线双星。

他们发现该系统的辐射流强会随着其约26.5天的轨道周期发生变化，且这种“轨道调制”特征具有明显的能量依赖性。这一现象揭示了双星系统内部复杂的物理过程。

“拉索”的观测表明，在致密星靠近伴星时，虽然周围布满了可供碰撞的光子，但强大的磁场会导致高能电子通过同步辐射迅速冷却。

对粒子加速理论的挑战

这意味着传统的加速模型在如此狭小且强磁场的环境中，很难将电子加速到超高能段。研究团队此次在银河系探测到的超过100万亿电子伏特光子强烈暗示，在系统轨道的特定阶段，可能是高能质子（强子）克服了重重阻碍，撞击周围致密的恒星风物质，从而产生了这些超高能伽马射线。

“拉索”的最新探测发现，不仅为LS I +61 303这类系统作为潜在的拍电子伏特极端天体提供关键证据，也为极端物理环境下的粒子加速和辐射模型提供新的观测约束，同时为未来的多信使天文学研究提供了新方向。

这一发展不仅对天文学研究具有重要意义，也为科学家们提供了更深刻理解宇宙极端现象的机会。未来的研究将继续探索这些极端天体的本质，进一步揭开宇宙线起源的神秘面纱。