科研成果宣傳圖

宇宙線，也稱為宇宙射線，是從外太空來的帶電粒子，宇宙線的起源是當(dāng)代天體物理學(xué)最重大的前沿科學(xué)問題之一。2月26日，中國科學(xué)院高能物理研究所發(fā)布，我國科研人員通過位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO，“拉索”）在天鵝座恒星形成區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨型超高能伽馬射線泡狀結(jié)構(gòu)，并在國際上首次認(rèn)證了能量高于1億億電子伏特的宇宙線的起源天體。該成果北京時(shí)間2月26日以封面文章的形式在學(xué)術(shù)期刊《Science Bulletin》（《科學(xué)通報(bào)》）發(fā)表。

巨型超高能伽馬射線泡狀結(jié)構(gòu)模擬示意圖

大質(zhì)量恒星模擬示意圖

科研人員發(fā)現(xiàn)的巨型超高能伽馬射線泡狀結(jié)構(gòu)直徑約為1000光年，其核心到地球直線距離大約5000光年。通過對(duì)該泡狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的研究，科研人員認(rèn)為其內(nèi)部存在宇宙線加速器，也就是宇宙線的起源天體，并且這個(gè)起源天體源源不斷地在產(chǎn)生超過1億億電子伏特能量的宇宙線粒子。通過研究，科研人員推斷位于這個(gè)泡狀結(jié)構(gòu)中心附近的大質(zhì)量恒星星團(tuán)可能就是他們接收到的宇宙線的起源，科研人員稱其為“星協(xié)”。

超高能宇宙線傳播到星際空間模擬示意圖

通過進(jìn)一步分析，科研人員發(fā)現(xiàn)“星協(xié)”是由很多表面溫度約15000攝氏度到35000攝氏度的恒星組成的密集星團(tuán)。這些恒星的輻射強(qiáng)度是太陽的幾百倍甚至上百萬倍。它們巨大的輻射壓能夠?qū)⒑阈潜砻嫖镔|(zhì)吹出，形成強(qiáng)烈的星風(fēng)，速度可達(dá)每秒3000公里。星風(fēng)與周圍星際介質(zhì)的碰撞以及星風(fēng)之間的猛烈碰撞產(chǎn)生了強(qiáng)激波的極端環(huán)境，從而形成強(qiáng)大的粒子加速器。通過分析，科研人員認(rèn)證這就是宇宙線加速源，也就是宇宙線起源天體。這一發(fā)現(xiàn)在國際科學(xué)界尚屬首次。未來，高海拔宇宙線觀測(cè)站將可能探測(cè)到更多的千萬億電子伏特乃至更高能量的宇宙線的加速源，有望解決銀河系宇宙線起源之謎。

超高能伽馬射線光子傳播到地球模擬示意圖

位于四川稻城海拔4410米的海子山上的高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO，“拉索”）是以宇宙線觀測(cè)研究為核心的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。觀測(cè)站是由5216個(gè)電磁粒子探測(cè)器、1188個(gè)繆子探測(cè)器組成的地面簇射粒子探測(cè)器陣列、7.8萬平方米水切倫科夫探測(cè)器陣列，以及18臺(tái)廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡組成的復(fù)合陣列。該觀測(cè)站于2021年7月建成并開始高質(zhì)量穩(wěn)定運(yùn)行，2023年通過國家驗(yàn)收，是國際上最靈敏的超高能伽馬射線探測(cè)裝置。

位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測(cè)站照片