2023年4月21日晚拍摄的星空下的高海拔宇宙线观测站“拉索”。新华社

科学家利用中国高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO），在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能伽马射线泡状结构，并从中找到了能量高于1亿亿电子伏宇宙线起源的候选天体。这是迄今人类能够确认的第一个超级宇宙线源。

新华社报道，该研究由中国科学院高能物理研究所牵头的“拉索”国际合作组完成，相关成果2月26日在学术期刊《科学通报》以封面文章形式发表。

“宇宙线是从外太空来的带电粒子，主要成分为质子，携带着宇宙起源、天体演化等方面的重要科学信息。”文章通讯作者、南京大学研究员柳若愚说，探究宇宙线起源之谜是当代天体物理学的重大前沿科学问题之一。

据介绍，“拉索”此次发现的巨型超高能伽马射线泡状结构，距我们约5000光年，尺度超过1000万个太阳系。泡状结构内有多个能量超过1千万亿电子伏的光子，最高达到2千万亿电子伏。

“一般来说，产生能量为2千万亿电子伏的伽马光子，需要能量至少高10倍的宇宙线粒子。”文章通讯作者、中国科学技术大学教授杨睿智说，这表明泡状结构内部存在超级宇宙线源，源源不断地产生能量至少达到2亿亿电子伏的高能宇宙线粒子，并注入到星际空间。研究表明，位于泡状结构中心附近的大质量恒星星团（Cygnus OB2星协）是超级宇宙线源最可能的对应天体。

“随着观测时间增加，‘拉索’将可能探测到更多千万亿电子伏乃至更高能量宇宙线源，有望解决银河系宇宙线起源之谜。”“拉索”首席科学家、中国科学院高能物理研究所曹臻院士说。

《四川日报》报道，如何理解起源？那得从“终点”说起。宇宙线是从外太空来的带电粒子，其主要成分为质子，它的起源是当代天体物理学最重大的前沿科学问题之一。测量发现，宇宙线的能谱（即宇宙线数量在粒子能量上的分布）在1千万亿电子伏附近呈现出一个拐折结构，因形状类似膝关节，被称为宇宙线能谱的“膝”。

“这个转折，也就是‘膝’，意味着存在宇宙线加速质子能力不足的情况，被看作是银河系的尽头。”曹臻解释，能量比“膝”低的宇宙线，被认为起源于银河系内的天体，“膝”的存在也表明银河系大部分的宇宙线源加速质子的能量极限在1000万亿电子伏左右。“也就是说，科学家们认为超过‘膝’能量的宇宙线来自银河系外。”

“这是人类第一次在银河系找到能量超过‘膝’的宇宙线。”曹臻说，一般来说，产生能量为2000万亿电子伏的伽马光子，需要能量至少高10倍的宇宙线粒子。“这也说明，有天体把宇宙线能量加速到这么高。”

那是何种天体所为？一直以来，科学家们都在寻找这一“说不清楚的存在”。曹臻说，两年内，关于一篇宇宙线起源的文章被引用超过380次。短时间内次数之多，足以说明研究宇宙线的起源至关重要。

自2019年以来，随着观测数据累积，关于宇宙线的数据变得越来越清晰，形态也越来越清楚。曹臻说：“通过数据来看，我们认为起源天体就是此次发现的‘泡泡’。”

“拉索”是以宇宙线观测研究为核心目标的国家重大科技基础设施，位于四川省稻城县海拔4410米的海子山。目前，已有32个海内外天体物理研究机构成为“拉索”国际合作组成员单位。