“拉索”揭开宇宙线“膝盖”之谜：黑洞是关键加速器

11月16日，中国科学院高能物理研究所宣布，经过五年的持续研究，高海拔宇宙线观测站“拉索”成功揭开了宇宙线“膝”结构的神秘面纱。这一发现表明，银河系内正在吞噬伴星的黑洞是高能粒子加速器，破解了宇宙线“膝盖”之谜。

“拉索”位于四川稻城海子山，海拔4410米，是世界上最高、规模最大、灵敏度最强的宇宙射线探测装置。自2020年开始观测以来，它已经发现了最高能光子，并首次定位了超级宇宙线加速源。这次，“拉索”国际合作组揭示了微类星体的存在，这些小型黑洞正是宇宙线“膝”结构的幕后推手。

宇宙线“膝”结构的历史与发现

宇宙线是以近光速穿梭于宇宙中的微观粒子。自上世纪初被发现以来，科学家们绘制出跨越11个数量级的宇宙线全粒子能谱图。在3拍电子伏特（PeV）能量附近，出现了一个形似人类膝盖的拐折结构，被称为“膝”结构。尽管这一现象已被发现近70年，但其物理成因一直未解。

“拉索”通过精确测量高能宇宙线，成功实现了大统计量、高纯度质子样本的精确甄别。其数据突破性地完成了对“膝”区质子能谱的精确刻画，并首次发现了超出预期的高能组分能谱结构。

微类星体是一些质量为太阳几倍至几十倍的小型黑洞，它们正在吞噬伴星的物质，同时向周围喷射出大量高能粒子。当这些粒子流撞上黑洞附近的星际物质时，会形成激波，将粒子瞬间加速到超高能量。这一加速能力远超教科书上记载的超新星遗迹，也比地球上人造粒子的最高能量高出几个数量级。

“当这些高能粒子来到地球，与大气分子撞击，所产生的缪子就会被‘拉索’探测到。”——“拉索”国际合作组织发言人、中国科学院院士曹臻

这一发现不仅揭示了宇宙线起源的关键机制，也为理解黑洞系统的极端物理过程打开了新窗口。美国威斯康星大学麦迪逊分校讲席教授、IceCube项目负责人弗朗西斯·哈尔岑认为，这为人类理解“银河系宇宙线的起源”带来了根本性的新认识。

“目前的发现仅仅是一个更庞大群体的冰山一角，将来还会有更多发现。”——西班牙巴塞罗那大学教授、著名高能天体物理学家何塞普·马里亚·帕雷德斯

通过巡天普查宇宙线的起源天体，“拉索”成功探测到5个微类星体，另有十几个正在确证中。测量结果显示，这些天体的粒子加速能力能够产生能量突破“膝”区的高能宇宙线。其中，SS 433的加速能力最强，总功率高达每秒10的32次方焦耳，相当于每秒释放四百万亿颗“沙皇”氢弹的能量。

“拉索”的发现为未来的研究提供了新的方向，科学家们将继续探测更多的宇宙线加速源，以进一步揭示宇宙线的起源和传播机制。