大科學裝置“拉索”揭示宇宙線起源關鍵機制

今天（11月16日），中國科學院高能物理研究所發佈大科學裝置高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，拉索）最新科研成果。

高海拔宇宙線觀測站（拉索）航拍圖

科研人員發現，在銀河系中有五個由黑洞與被其吸積的恆星構成的微類星體可以將宇宙中的粒子加速到極高能量，這一發現破解了困擾科學界近70年的一個未解之謎——宇宙線質子能譜上形似人的膝蓋的拐折結構從哪裏來。這項成果不僅揭示了宇宙線起源的關鍵機制，也為理解黑洞系統的極端物理過程開闢了新的途徑。相關科研成果16日在學術期刊《國家科學評論（英文）》及《科學通報（英文版）》發表。

宇宙線全粒子能譜上能量拐折“膝”結構示意圖

在廣闊的宇宙中，無數以近光速飛行的微觀粒子穿梭不息，我們稱之為宇宙線。宇宙線自從被發現以來，通過空間和地面的實驗探測，科學家們繪製出了宇宙線全粒子能譜。在能譜上有一個獨特的拐折結構，因其形似人的膝蓋，所以被稱為“膝”結構。這一現象其實已經被發現近70年，但是其物理成因一直是未解之謎。

高海拔宇宙線觀測站（拉索）航拍圖

直到近期，中國科學院高能物理研究所曹臻院士科研團隊依託大科學裝置“拉索”的超高靈敏度，發現銀河系內存在五個具有強大粒子加速能力的微類星體。這些微類星體是由黑洞和正在被黑洞吸積的恆星組成。

高海拔宇宙線觀測站（拉索）航拍圖

黑洞利用其強大的吸積作用，不斷吞噬着它旁邊的恆星，與此同時黑洞中還不斷釋放出高能量的粒子噴流，其每秒釋放的能量大約相當於四百萬億顆地球上最大威力氫彈的能量。這就成為高能量宇宙線粒子的“產生器”。同時，拉索還發現了宇宙線質子能譜在“膝”附近一個超出預期的“高能組分”。兩項成果相互印證，為科學界此前監測到的宇宙線全粒子能譜上能量拐折“膝”結構的來源與成因提供了最佳詮釋，也使得黑洞成為這些高能量宇宙線源的最佳候選者。

宇宙線質子能譜上多組分與“膝”結構的示意圖

這項研究為理解黑洞在宇宙線起源中的作用提供了重要的觀測證據，對人們認識黑洞系統的極端物理過程和宇宙線起源具有重要作用，將推動我國天體粒子物理研究的發展。

（總枱央視記者 帥俊全 褚爾嘉）