蒋鹏飞：拉索新发现打破银河系粒子加速上限

2026年7月31日，中国科学院高能物理研究所发布消息，国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）证实，天鹅座X-3是首个具有时变特征的超高能伽马射线源，粒子加速能量至少达到30拍电子伏特，成为迄今已知宇宙中能量最高的粒子加速器，相关研究成果已于2026年7月22日在线发表于《国家科学评论》，在全球科学届引起了巨大轰动。

此前，高能物理界对银河系内粒子加速的理论预期，最高能量就在1拍电子伏特。这次的观测值直接冲到了30拍电子伏特，是此前理论预期上限的30倍。更关键的是，这次不只是测出了一个破纪录的能量数字，而是第一次把粒子加速发生的具体位置，精确锁定在了不到3个太阳半径大小的区域里。这两件事放在一起，才是今天这个发现真正的分量。

(图片来源:科技日报)

◍天鹅座X-3是一台什么样的机器

天鹅座X-3位于天鹅座，距离地球约2.4万光年，是一个由一颗黑洞和一颗大质量沃尔夫-拉叶型伴星，构成的双星系统。伴星会持续吹出极强的恒星星风，黑洞在强引力作用下，疯狂吸食这些星风物质。物质在被吸入的过程中，会在吸积盘周围形成极端的电磁场环境，带电粒子在这个环境里被强烈加速。这套机制，是高能天体物理学里标准的“相对论性喷流粒子加速”模型。但模型归模型，真正把哪一种天体系统、在哪个空间区域里完成了这个过程，全球的科学家，在今天之前始终没有被精确确认过。

拉索这次用的观测策略，利用的是天鹅座X-3双星系统的一个天然优势：它的轨道周期是4.8小时，极其规整。伴星和黑洞每4.8小时绕彼此转一圈，伴星的星风在轨道不同位置，对黑洞的遮挡角度不同，由此产生的高能伽马射线信号强度，也以4.8小时为周期发生有规律的涨落。拉索探测到了这个完整的4.8小时周期，并通过分析不同轨道相位下的伽马射线时变特征，反推出粒子加速区域必须在约3个太阳半径大小的空间范围内，否则这种周期性就不成立。

◍4.8小时的节拍为什么能当定位工具

在以往的科学通报里，很多人看这种周期信号可能觉得只是个例行数据，但站在航天和高能物理工程上，这个4.8小时节拍能当定位工具的逻辑其实很直白：粒子加速区域越大，双星绕转引起的遮挡效应就越被稀释，周期性信号就越模糊。

拉索观测到的4.8小时周期信号非常清晰，说明产生信号的区域必须高度集中，不能散开。通过建立双星轨道几何模型，结合伽马射线在不同轨道相位的流量变化，研究团队把加速区域的大小限制在约3个太阳半径。太阳半径约69.6万千米，3个太阳半径就是约209万千米。在宇宙尺度上，这不过是一粒沙子。在黑洞周围这么小的区域里，把粒子加速到30拍电子伏特，这个能量密度和背后的物理机制，直接把现有粒子加速理论给推倒重写了。

以前学界主流理论一直认为，银河系内粒子加速的极限就是1拍电子伏特，对应的是宇宙线能谱里的“膝”结构，超过这个能量的宇宙线，都被认为是从银河系外飘进来的。现在30拍电子伏特的实测值一出来，直接宣告银河系内就有能把粒子加速到30倍“膝”能量以上的超级天体，银河系内宇宙线加速的上限必须全面重估。

(图片来源:四川新闻联播)

◍“时变”这个词比“超高能”更重要

拉索这次发布的标题里，有一个词很特别：时变。此前发现的超高能伽马射线源，信号是相对稳定的，就像一张静态照片。这次天鹅座X-3的信号，是随着双星轨道运动呈现出清晰的时间变化特征：它是“动”的。这个区别的意义，从观测技术到物理认知，是量级上的跃升。静态源告诉你哪里有一台加速器，时变源告诉你这台加速器在什么时候、怎么运作。

拉索是目前全球最灵敏的超高能伽马射线望远镜，位于四川省稻城县海子山，海拔4410米，占地约1平方千米，由中国科学院高能物理研究所主导建设。2021年，拉索一次性发布12个超高能伽马射线源，把当时全球已知此类天体的数量翻了十倍多；2024年，拉索确认银河系内存在超级宇宙线加速器，找到了一个直径超过1000光年的巨型超高能伽马射线泡。今天这一次，是第一次通过时变特征把粒子加速区域精确定位在有限空间内，并同时确认加速能量突破30拍电子伏特。这是拉索系列成果里在物理意义上走得最远的一次。

◍从拍照到拍电影

看到拉索这个成果，直接让我想到了我们在做卫星遥感时的技术迭代，从静态单景图像到时序变化分析。静态遥感图像能告诉你某个时刻地面的状态，时序遥感能告诉你这个状态怎么随时间演变，背后是什么过程在驱动。一个是“拍照”，另一个是“拍电影”。拉索这次用4.8小时的轨道周期，建立起了天鹅座X-3的“时序观测帧”，实现的正是从“拍照”到“拍电影”的跨越。

这套思路，和我做卫星遥感星座时的设计逻辑完全是通的，单星单景解决不了的动态监测问题，靠时间序列积累来解决。拉索的优势恰恰就在这儿，它不是传统的成像望远镜，不需要晴天无月的夜晚才能开工，它的地面阵列全天候都在运行，可以对同一天区持续积累光子事件数据。正是这种“连续运行、长期积累”的工程模式，才抓到了4.8小时的精确周期结构，而不是只拍到某个瞬间的强信号。

(图片来源:四川新闻联播)

◍这道百年谜题意味着什么

宇宙线起源，是天体物理学里卡了人类超过100年的未解谜题。1912年，维克托·赫斯乘气球升空发现了宇宙线，此后的研究者们花了整整一个世纪，依然没有彻底搞清楚这些高能粒子究竟从哪儿来、怎么被加速到如此极端的能量。

天鹅座X-3这次的确认，等于是在银河系内找出了一个实实在在的、能把粒子加速到30拍电子伏特的实体天体。这虽然还没把整道谜题解开，但却是第一次把答案的范围，精准限制到了一个具体的天体类型和物理过程上。

我认为接下来要做的工作，就是通过更多类似系统的观测，弄清楚黑洞吸积系统的哪些具体物理参数，决定了粒子加速的上限，以及银河系内，这类极端加速器的数量和分布。拉索还在持续运行，下一批超高能时变源在哪儿，大概率还是它先找出来。说实话，一颗吞噬伴星的黑洞，一个具有4.8小时的节拍的天体，一道追了人类一百年的宇宙射线起源谜题，第一块关键碎片被彻底拼上了。

作者简介：蒋鹏飞，人民一号卫星与星云星座总设计师，高级工程师，北京神飞航天应用技术研究院副院长，二十年商业航天一线研发，“蒋院长讲航天”科普新媒体矩阵主理人，著有航天科幻文学《你好人类：逆光行动》、少儿科幻短剧《逆光行动》，在人民日报、财联社、抖音、视频号等20个平台开设栏目，年累计触达受众超1亿人次。

编辑：航天知识局　　审校：张丽 责编：韩嘉怡