“拉索”在银河系捕捉到新的超级粒子加速器

记者5月7日从天府宇宙线研究中心获悉，近期国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）在探索极端宇宙方面取得突破。由中国科学院高能物理研究所牵头，上海天文台等单位共同参与的科研团队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（>100 TeV，即100万亿电子伏特）伽马射线信号。相关成果于5月6日在线发表于《物理评论快报》上。

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，是破解宇宙线起源的关键之一。

LS I +61° 303系统的轨道示意图。（天府宇宙线研究中心供图）

“早在20世纪60年代，LS I +61° 303就在光学巡天中被识别。天文学家在过去数十年里对它开展反复观测，只是直到今天，我们才真正看到它隐藏的超高能一面。”中国科学院上海天文台副研究员周佳能介绍，由一颗大质量恒星和一颗致密星（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，同时也是潜在的宇宙线加速源。

然而，在甚高能段（>0.1 TeV），人类已知的双星系统十分有限。LS I +61° 303作为经典的伽马射线双星，此前的观测最高能量仅覆盖至10 TeV左右，是否存在更高能段的辐射一直是个谜。

作为建在海拔4410米高原上的大型复合探测阵列，“拉索”有着平方公里级的有效面积、宽视场和不受天气、昼夜、月亮影响的全天候运行能力。“我们把收集到的高能光子一个个‘攒下来’，并把它们标记到双星轨道的不同位置上，从而勾勒出在不同轨道位置（相位）上的光子流量分布。”周佳能介绍，科研团队利用“拉索”超高灵敏度和宽能段覆盖优势，首次将LS I +61° 303的观测能谱推至200 TeV，认证了其为超高能伽马射线双星。

伽马射线双星LS I +61° 303宽能段能谱测量结果。（天府宇宙线研究中心供图）

另外，研究团队还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。科研团队探测到的>100 TeV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。

“过去我们以为双星只是高能辐射源，现在我们开始意识到，它们也可能是逼近拍电子伏特量级的天然粒子加速器。”周佳能表示，“拉索”的这一发现，不仅为这类系统作为潜在的极端天体提供了关键证据，也为极端物理环境下的粒子加速和辐射模型提供了新的观测约束，同时为未来多信使天文学研究提供了新方向。