超级宇宙线加速器：中国天文学家发现巨型超高能伽马射线泡泡

大型高空空气簇射天文台（LHAASO）在天鹅座恒星形成区发现了一个巨大的超高能伽玛射线气泡结构，这是首次发现能量高于10 PeV（ 1PeV=1015eV）的宇宙射线的起源。

这一成果以封面文章的形式发表在2月26日的《科学通报》上。

该研究由中国科学院高能物理研究所曹臻教授作为发言人领导的LHAASO合作项目完成。高传东博士、李聪博士、刘若玉教授、杨瑞智教授为论文共同通讯作者。

宇宙射线是来自外太空的带电粒子，主要由质子组成。宇宙射线的起源是现代天体物理学中最重要的前沿问题之一。在过去的几十年里，对宇宙射线的测量已经揭示了在能谱（即宇宙射线丰度的分布作为粒子能量的函数）中约1 PeV的断裂，由于其形状类似于膝关节，因此被称为宇宙射线能谱的“膝盖”。

科学家认为，能量低于“膝盖”的宇宙射线起源于银河系内的天体物理物体，“膝盖”的存在也表明，银河系中大多数宇宙射线源加速质子的能量极限在几PeV左右。然而，宇宙射线在“膝盖”区域的起源仍然是一个未解之谜，也是近年来宇宙射线研究中最有趣的话题之一。

超级宇宙射线加速器的发现

LHAASO在天鹅座恒星形成区发现了一个巨大的超高能伽玛射线气泡结构，结构内部存在多个超过1 PeV的光子，最高能量达到2.5 PeV，表明气泡内部存在超级宇宙射线加速器，不断加速能量高达20 PeV的高能宇宙射线粒子，并将其注入星际空间。这些高能宇宙射线与星际气体碰撞并产生伽马射线。这些伽马射线光子的强度与周围气体的分布明显相关，靠近气泡中心的大质量星团（OB，天鹅座OB2）是超级宇宙射线加速器最有希望的候选者。天鹅座OB2由许多年轻的、热的、大质量的恒星组成，表面温度超过35000°C （O型恒星）和15000°C (B型恒星)。

这些恒星的辐射亮度是太阳的数亿倍，巨大的辐射压力吹走了恒星表面的物质，形成了速度高达每秒数千公里的动态恒星风。恒星风与周围星际介质的碰撞以及恒星风之间的剧烈碰撞为有效的粒子加速创造了理想的场所。这是目前发现的第一个超级宇宙射线加速器。随着观测时间的增加，LHAASO有望探测到更多的超级宇宙射线加速器，并有望解开银河系中宇宙射线起源的谜团。

LHAASO的观测还表明，气泡内部的超级宇宙射线加速器显著增加了周围星际空间的宇宙射线密度，远远超过了银河系中宇宙射线的平均水平。密度过剩的空间延伸甚至超过了气泡的观测范围，这为LHAASO先前探测到的银河面漫射伽马射线发射过剩提供了可能的解释。

意大利国家天体物理研究所（INAF）的著名天体物理学家埃琳娜·阿马托教授强调了这一发现对宇宙射线起源的影响。她还评论说，这些结果“不仅影响了我们对漫射辐射的理解，而且对我们对银河系中宇宙射线（CR）传输的描述也产生了非常相关的影响。”

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