大科学装置“拉索”揭示宇宙线起源关键机制

11月16日，中国科学院高能物理研究所发布大科学装置高海拔宇宙线观测站（LHAASO，拉索）最新科研成果。科研人员发现，在银河系中有五个由黑洞与被其吸积的恒星构成的微类星体可以将宇宙中的粒子加速到极高能量，这一发现破解了困扰科学界近70年的一个未解之谜——宇宙线质子能谱上形似人的膝盖的拐折结构从哪里来。这项成果不仅揭示了宇宙线起源的关键机制，也为理解黑洞系统的极端物理过程开辟了新的途径。相关科研成果16日在学术期刊《国家科学评论（英文）》及《科学通报（英文版）》发表。

△高海拔宇宙线观测站（拉索）航拍图

△宇宙线全粒子能谱上能量拐折“膝”结构示意图

在广阔的宇宙中，无数以近光速飞行的微观粒子穿梭不息，我们称之为宇宙线。宇宙线自从被发现以来，通过空间和地面的实验探测，科学家们绘制出了宇宙线全粒子能谱。在能谱上有一个独特的拐折结构，因其形似人的膝盖，所以被称为“膝”结构。这一现象其实已经被发现近70年，但是其物理成因一直是未解之谜。

△高海拔宇宙线观测站（拉索）航拍图

直到近期，中国科学院高能物理研究所曹臻院士科研团队依托大科学装置“拉索”的超高灵敏度，发现银河系内存在五个具有强大粒子加速能力的微类星体。这些微类星体是由黑洞和正在被黑洞吸积的恒星组成。

△高海拔宇宙线观测站（拉索）航拍图

黑洞利用其强大的吸积作用，不断吞噬着它旁边的恒星，与此同时黑洞中还不断释放出高能量的粒子喷流，其每秒释放的能量大约相当于四百万亿颗地球上最大威力氢弹的能量。这就成为高能量宇宙线粒子的“产生器”。同时，拉索还发现了宇宙线质子能谱在“膝”附近一个超出预期的“高能组分”。两项成果相互印证，为科学界此前监测到的宇宙线全粒子能谱上能量拐折“膝”结构的来源与成因提供了最佳诠释，也使得黑洞成为这些高能量宇宙线源的最佳候选者。

△宇宙线质子能谱上多组分与“膝”结构的示意图

这项研究为理解黑洞在宇宙线起源中的作用提供了重要的观测证据，对人们认识黑洞系统的极端物理过程和宇宙线起源具有重要作用，将推动我国天体粒子物理研究的发展。

来源：央视新闻