拉索发现迄今最强宇宙粒子加速器

来自天鹅座X-3喷流底部的质子与来自伴星的光子相互作用产生高能光子和中微子示意图。中国科学院高能物理研究所供图

●确认天鹅座X-3能将宇宙线粒子加速到至少30拍电子伏特，这是迄今为止观测到的能量最高的粒子加速器

●观测到超高能伽马射线信号具有4.8小时的周期性，凭借这一“节拍”，科研人员将黑洞加速粒子的区域精确定位在仅约3个太阳半径的尺度内，是对宇宙中超高能量的粒子加速器精度最高的一次定位

●开启了超高能时域天文学研究新方向，为探索黑洞、中子星等致密天体附近的极端物理过程提供了新的观测窗口

记者近日从中国科学院高能物理研究所获悉，国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站（LHAASO，以下简称“拉索”）首次“看清”黑洞（或中子星）在吞食伴星物质时，像节拍器一样有规律地产生宇宙最高能粒子的过程，并证实天鹅座X-3是首个被发现具有时变特征的超高能伽马射线源，能把粒子加速到远超理论预期的极高能量。相关成果近日在学术期刊《国家科学评论》发表。

天鹅座X-3是位于天鹅座的一个双星系统，由一颗致密天体黑洞（或中子星）和一颗大质量伴星组成。那里吸力极强，致密天体在疯狂“吸噬”大质量伴星的过程中，也会打出“超级饱嗝”——吹出强烈的星风，把粒子加速到极高能量。

此前主流观点认为，银河系带电粒子能量最高只能达到1拍电子伏特（PeV，1000万亿电子伏特）左右。此次“拉索”通过观测分析超高能伽马射线的时变及其能谱特征，确认天鹅座X-3能将宇宙线粒子加速到至少30拍电子伏特，这是迄今为止观测到的能量最高的粒子加速器。

同时，“拉索”还观测到超高能伽马射线信号具有4.8小时的周期性，非常有节奏，刚好是黑洞和伴星互相绕一圈的时间。凭借这一“节拍”，科研人员将黑洞加速粒子的区域精确定位在仅约3个太阳半径的尺度内，是对宇宙中超高能量的粒子加速器精度最高的一次定位。

研究团队介绍，此次发现的重要突破，在于科学家不仅“看到了”超高能伽马射线，还捕捉到了它随时间变化的规律，开启了超高能时域天文学研究新方向，为探索黑洞、中子星等致密天体附近的极端物理过程提供了新的观测窗口，相关成果已在国际天体物理学领域引发广泛关注。

作为我国重大科技基础设施，“拉索”位于四川省甘孜州稻城县海拔4410米的海子山，是目前世界领先的超高能宇宙线观测装置之一。近年来，“拉索”持续开展高能宇宙线和伽马射线观测研究，不断推动人类发现宇宙深处的未知世界，破解宇宙射线起源的谜题。