在宇宙線的能譜上，有一個關鍵轉折點，大約在3千萬億電子伏處，宇宙線的數量會急劇減少。這個拐點因為形狀酷似人的膝蓋，被形象地稱為“膝” 要弄清楚“膝”結構形成的原因，需要精確測量宇宙線中不同單元素成分的能譜及其“膝”結構。學界猜測，“膝”的形成，可能是因為宇宙線源加速能力存在上限，從而導致宇宙線能譜上限處發生拐折

依靠“拉索”，科學家不僅完成了對“膝”區質子能譜的精確刻畫，還首次發現了超出預期的高能組分能譜結構。能譜的復雜結構表明，“膝”並非簡單轉折，而是出現了“膝蓋”一樣的“鼓包”

“拉索”對北半球的微類星體進行了搜尋，首次系統性探測到5個微類星體的超高能伽馬射線。結合“拉索”精確測量出的宇宙線能譜，研究人員發現產生這些伽馬射線的粒子能量正處於宇宙線能譜的“膝”區

研究成果表明，銀河系內存在多種類的宇宙線源，黑洞是最有可能的宇宙線源之一，把宇宙線加速到“膝”以上的，是黑洞吸積驅動的微類星體

11月16日，位於甘孜州稻城縣的高海拔宇宙線觀測站“拉索”（LHAASO）發布兩項科學成果：一是以前所未有的精細度，測量了宇宙線質子的能譜﹔二是推動將微類星體視為“膝”區宇宙線可靠加速源的研究。

兩項成果破解了一個困擾科學家近70年的難題：此前，銀河系內公認的宇宙線源是超新星遺跡，但觀測和理論都發現它們無力將宇宙線加速到宇宙線“膝”及以上的高能量。此次成果認為，銀河系內存在多種類的宇宙線源，黑洞是最有可能的宇宙線源之一，把宇宙線加速到“膝”以上的，是黑洞吸積驅動的微類星體。

為何要研究“膝”？深刻關聯著宇宙線的來源和旅行方式

什麼是宇宙線？宇宙線是來自外太空的帶電粒子，主要成分為各種原子核，被稱為傳遞宇宙大事件的“信使”。但宇宙線尤其是高能、超高能宇宙線的起源一直是待解之謎。

在宇宙線的能譜（宇宙線數量在粒子能量上的分布）上，有一個關鍵轉折點，大約在3千萬億電子伏處，宇宙線的數量會急劇減少。這個拐點因為形狀酷似人的膝蓋，被形象地稱為“膝”。宇宙線能譜“膝”結構，深刻關聯著宇宙線的來源和它們在宇宙空間中的旅行方式。

雖然早在上世紀50年代末，科學家們就發現了“膝”，但在此后近70年，關於“膝”結構形成的原因，一直懸而未解。

“拉索”首席科學家、中國科學院院士曹臻介紹，想要弄清楚這一問題，需要精確測量宇宙線中不同單元素成分的能譜及其“膝”結構。然而，當宇宙線能量攀升至“膝”區高度時，宇宙線粒子的數量變得稀少，空間探測器受限於有效探測面積，對“膝”區宇宙線探測如同大海撈針﹔地面探測器面臨大氣層干擾難題，難以從眾多的宇宙線混合成分中有效分離出質子信號。

因此，宇宙線質子“膝”的測量，一直被公認是不可能完成的任務。學界猜測，“膝”的形成，可能是因為宇宙線源加速能力存在上限，從而導致宇宙線能譜上限處發生拐折。

研究有何成果？

將微類星體確立為重要的拍電子伏宇宙線源

“拉索”正在破解這一難題。它坐落於海拔4400米海子山上，部署了面積超過一平方公裡的探測器陣列，其中包括5216台閃爍體探測器和1188台埋在地下的水切倫科夫探測器。這些探測器像一雙雙敏銳的眼睛，能捕捉到從宇宙深處飛來的宇宙線信號。

“依靠‘拉索’，我們不僅完成了對‘膝’區質子能譜的精確刻畫，還首次發現了超出預期的高能組分能譜結構。”曹臻說，以前的觀點認為“膝”是一個簡單的轉折，即從一條“直線”拐到更陡的“直線”。現在，能譜的復雜結構表明，“膝”並非簡單轉折，而是出現了“膝蓋”一樣的“鼓包”，這個鼓包的出現，意味著可能有新成分出現。

此前，銀河系內公認的宇宙線源是超新星遺跡，但並無証據表明它們是“膝”區宇宙線的源，觀測和理論都發現它們無力將宇宙線加速到宇宙線“膝”及以上的高能量。美國威斯康星大學麥迪遜分校講席教授弗朗西斯·哈爾岑認為，這項研究揭示了銀河系內可能存在多種類的宇宙線源。

誰“制造”了這些能量極高的宇宙線質子？答案是黑洞。

“以前，我們認為黑洞要吞噬伴星等物質，但現在發現它還會以噴流的形式將物質吐出來，這個系統就是微類星體。”曹臻說，“拉索”對北半球的微類星體進行了搜尋，首次系統性探測到5個微類星體的超高能伽馬射線。結合“拉索”精確測量出的宇宙線能譜，研究人員發現產生這些伽馬射線的粒子能量正處於宇宙線能譜的“膝”區。“這表明，銀河系裡存在多種‘粒子加速器’。微類星體具有明顯高於超新星遺跡的加速極限，能達到‘膝’的能量門檻，成為高能宇宙線的新來源。”

在業內看來，“拉索”此次新發現，不僅破解了困擾學界多年的宇宙線“膝”形成之謎，也為理解黑洞系統的極端物理過程開辟一條新的途徑。

西班牙巴塞羅那大學教授、著名高能天體物理學家何塞普·馬裡亞·帕雷德斯表示，這些成果將微類星體確立為重要的拍（千萬億）電子伏宇宙線源，並為了解黑洞核心或噴流中的加速過程提供了珍貴的線索，標志著銀河系高能天體物理研究開啟了新紀元。

對於未來，曹臻信心更足。他打了一個比方，以前的測量，就像把黑瓜子、白瓜子混在一起，只能看出個大概，“拉索”將這些不同顏色、不同大小的瓜子清晰地分開，讓我們能精准地挑出其中一種進行單獨研究，這將構建起一個從微觀粒子到宏觀天體的完整科學圖景。

（四川日報全媒體記者 高杲）

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