稻城“拉索”最新进展：锁定“超级宇宙线加速源”

本文来自微信公众号：自然系列 （ID：nature-portfolio），作者：Gemma Conroy，题图来自：视觉中国

天文学家检测到一个巨大的伽玛射线泡，可能是银河系最强大宇宙射线（从宇宙空间来到地球的高能粒子）的来源之一。

这个被称为“超级宇宙线加速源（super PeVatron）”的增压星系加速器能够释放出能量至少为10千万亿电子伏（PeV；1016 电子伏）的能量，突破了人们认为这种粒子在银河系所能达到的能量上限。

天鹅座恒星形成区Cygnus OB2的条件非常适合产生高能宇宙射线。来源：X射线：NASA/CXC/SAO/J. Drake et al；H-alpha：Univ. of Hertfordshire/INT/IPHAS；红外：NASA/JPL-Caltech/Spitzer

这些发现发表在Science Bulletin^[1]上，证实了银河系中存在这类高能来源。“这样的东西我们已经寻觅多年。”研究共同作者、中国科学院高能物理研究所的天体物理学家曹臻说。“如今我们终于看到它了。”

宇宙射线是一种亚原子粒子，经常是质子或原子核，以接近光速的速度在宇宙中穿行。银河系的宇宙射线能够达到至少几PeV的能量，但定位超高能宇宙射线的来源有很大的困难。这是因为宇宙射线在太空中呼啸而过时会在磁场中反弹，意味着它们的飞行路径极为错综复杂，难以定位其起源。为了解决这个问题，研究者测量了伽玛射线光子——这是由宇宙射线与星际气体相互作用产生的粒子。伽玛射线带有宇宙射线10%的能量，而且它们是直线传播的，因此更容易确定宇宙射线可能的来源。

曹臻和同事使用中国稻城的高海拔宇宙线观测站（LHAASO）测量从Cygnus OB2（天鹅座的一处巨大恒星形成区）发出的伽玛射线。

LHAASO团队探测到一个巨大的伽玛射线泡状结构，发射多个能量超过1 PeV的光子，其中一个达到2.5 PeV。曹臻说，这表明这一区域可能产生能量达到至少10-25 PeV的宇宙射线。

Cygnus OB2里炽热年轻的恒星产生的恒星风达到每秒数千公里，曹臻说。当这些风与恒星间的气体和其他物质碰撞，就会产生理想的条件，将宇宙射线加速到高能量水平。

澳大利亚阿德莱德大学的天体粒子物理学家Gavin Rowell说，这些观察表明，源于银河系的宇宙射线可能达到的能量远高于此前认为，“这些结果确实激动人心。”他说。

接下来，曹臻和他的团队将会更精细地调查Cygnus OB2，尝试确定星团中高能宇宙射线的精确来源。曹臻说，他们还将继续寻找银河系中其他的超级加速器。

参考文献：

1.LHAASO Collaboration. Sci. Bull. 69， 449–457 (2024).

原文以Giant ‘bubble’ in space could be source of powerful cosmic rays标题发表在2024年2月26日《自然》的新闻版块上

本文来自微信公众号：自然系列 （ID：nature-portfolio），作者：Gemma Conroy