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高能宇宙线的起源、加速和传播问题，被称为天体物理中的“百年谜题”。近日，高海拔宇宙线观测站拉索（LHAASO）与天关卫星开展联合观测，在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现了一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹，尾迹延伸约42光年。该超长X射线尾迹，与拉索探测到的超高能伽马射线辐射沿同一方向延伸，在空间上高度吻合。
这一发现表明，脉冲星风云中产生的高能粒子离开源头后，并没有立即向各个方向均匀扩散，而是能够沿一定方向传播数十光年。
这为理解高能粒子如何离开加速天体、如何在星际空间中传播提供了新的观测证据，也为解释一些缺少明确天体对应物的超高能伽马射线源提供了新的思路。
▲J1740+1000的多波段示意图
01
隐藏的长尾
PSR J1740+1000是一颗中年脉冲星。欧洲的XMM-Newton卫星在其周围发现了一条数光年长的X射线尾迹。拉索此前发现的超高能伽马射线辐射则位于这条尾迹延伸的方向上。
天关卫星通过约7万秒的观测发现，这条尾迹远比此前看到的更长。它从脉冲星附近一路向西南方向延伸，约42光年。
这一发现表明，该尾迹是一条跨越数十光年的巨大高能粒子传播痕迹，也是目前已知最长的X射线脉冲星风云尾迹。
02
来自同一批粒子
这次联合观测的关键，不仅是X射线和伽马射线在宇宙中的位置能够对应，二者的辐射性质也可以由同一批高能电子解释。
这些高能电子在脉冲星风云中获得很高的能量。当高能电子沿尾迹传播时，会在磁场中运动并产生同步辐射，其中一部分以X射线的形式被天关探测到。与此同时，这些高能电子还会与宇宙空间中原本存在的低能光子发生相互作用，将低能光子提升到极高能量，产生拉索探测到的超高能伽马射线。
因此，X射线和伽马射线就像是在不同波段记录下同一批高能粒子留下的“足迹”。
两种辐射的空间位置和能谱能够相互对应，为这条超长尾迹确实由高能粒子延伸传播形成提供了有力证据。
03
提供新视角
由于缺乏观测证据，科学家通常假设高能粒子逐渐向各个方向扩散进入星际空间。但本次联合观测显示，在长达42光年的尺度上，高能粒子仍然保持明显的传播方向。这表明高能粒子离开脉冲星风云后，并不会总是在很短距离内就完全“随机散开”，而可能在相当长的距离内保留自身的传播方向。这一结果为理解银河系中的超高能伽马射线源提供了新的视野。
此次拉索与天关卫星的联合观测，不仅展示了协同工作的独特优势，也为研究极端天体产生的高能粒子如何逃离源头、如何在银河系中传播提供了新的观测窗口。
转自：中科院之声
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