宇宙线是从外太空来的带电粒子，其主要成分为质子。它以光速行进，每秒钟都在穿越我们的身体。作为传递宇宙大事件的“信使”，它携带着宇宙起源的“元密码”。

绝大多数宇宙线到达地球时失去了原初的方向信息，因此难以反推其“源”的方向。宇宙线究竟从何而来？这一“世纪之谜”被国际物理学界列为“新世纪11个科学问题”之一。

日前，我国的高海拔宇宙线观测站（LHAASO，简称“拉索”），在银河系天鹅座发现一个巨型超高能伽马射线“泡”，在国际上首次找到能量高于1亿亿电子伏的宇宙线的起源天体。这是迄今为止人们能够认证的第一个超级宇宙线加速源。

2月26日，由中国科学院高能物理研究所牵头的“拉索国际合作组”完成的该成果，以封面文章形式在《科学通报》发表。

【宇宙线研究中最引人关注的课题之一】

以往的测量发现，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，因其形状类似膝关节而被称为宇宙线能谱的“膝”。科学家们认为，能量比“膝”低的宇宙线，起源于银河系内；能量比“膝”高的宇宙线，则起源于银河系外。这也表明，约1千万亿电子伏是银河系内加速宇宙线的能量极限。

2021年5月，“拉索国际合作组”在《自然》发表一项重磅研究。研究人员发现银河系内存在大量超高能宇宙线加速器，并记录到能量达1.4千万亿电子伏的伽马光子。这是人类观测到的最高能量光子，突破了人类对银河系粒子加速的传统认知，开启了“超高能伽马天文学”时代。

“这篇论文的引用量至今已达到380多次，引发了科学界的高度关注。”中国科学院院士、高能物理研究所研究员曹臻说。

然而，究竟是何种天体能把宇宙线能量加速到超过“膝”的能量？这也是近年来宇宙线研究中最引人关注的课题之一。

【未来有望解决银河系宇宙线起源之谜】

此次研究中，“拉索”探测到距离地球4千光年的天鹅座，存在巨型超高能伽马射线“泡”，内有多个能量超过1千万亿电子伏的光子分布其中，最高达到2千万亿电子伏。

这么高能量的伽马射线“泡”，在国际上是第一次被发现。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。

这表明“泡”的内部存在超级宇宙线加速器，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。这些高能宇宙线与星际空间中的气体物质发生碰撞，从而产生伽马光子。

这一超级宇宙线加速器究竟是什么天体？

“大质量恒星星团（CygnusOB2星协）是最可能的对应天体。”曹臻说。这些恒星的辐射强度是太阳的百倍至百万倍，巨大的辐射压将恒星表面物质吹出，形成了强烈的星风，速度可达每秒上千公里。星风与周围星际介质的碰撞以及星风之间的猛烈碰撞，产生了强激波、强湍流的极端环境，从而成为强大的宇宙线加速器。

破解“世纪之谜”有了“首块拼图”。随着观测时间的增加，“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的加速源，有望解决银河系宇宙线起源之谜。

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“拉索”是以宇宙线观测研究为核心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，是由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子探测器阵列、7.8万平方米水切伦科夫探测器阵列以及18台广角切伦科夫望远镜组成的复合阵列。

“拉索”是国际上最灵敏的超高能伽马射线探测装置。目前，32个国内外天体物理研究机构成为“拉索国际合作组”成员单位，成员约280人。