"拉索"首次揭示黑洞在宇宙线起源中的作用

xinwen.mobi · 发表于 2025-11-17 06:16:21

“拉索”破解近70年宇宙线之谜，黑洞竟是超高能粒子“加速器”
位于四川稻城海子山上、海拔4410米的“拉索”，正在用前所未有的精度解读宇宙“来信”，揭示宇宙中最神秘高能粒子的起源。

宇宙线，这些来自浩瀚深空的带电粒子，如同宇宙的信使，每时每刻都在造访我们的地球。然而，这些粒子从何而来，尤其是那些能量极高的宇宙线起源问题，困扰了科学家近70年。

在宇宙线能谱上，有一个关键的拐折结构——因其形状酷似人的膝盖而被命名为“膝”。这个位于3拍电子伏（PeV）能量区域的特殊结构，一直是宇宙线研究领域的未解之谜。

01 “拉索”的突破性发现
近日，中国高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）发布了一项里程碑式的研究成果，首次揭示黑洞在宇宙线起源中的关键作用。

这一发现破解了困扰学界近70年的宇宙线“膝”形成之谜。

“拉索”首席科学家、中国科学院院士曹臻表示，此次突破包括两大科学成果：一是以前所未有的精细度测量了宇宙线质子的能谱；二是推动了将微类星体视为“膝”区宇宙线可靠加速源的研究。

这两项成果相互印证，构建了一个完整的科学证据链。

02 宇宙线“膝”的神秘面纱
在广阔的宇宙中，无数以近光速飞行的微观粒子穿梭不息，科学家称之为宇宙线。

宇宙线能谱上的“膝”结构，是宇宙线数量在粒子能量分布上呈现出的一个特殊拐折，大约出现在3拍电子伏特处。

在这一能量点之后，更高能量的宇宙线数量急剧减少。

曹臻院士形象地解释：“以前的观点认为‘膝’是一个简单的转折，即从一条‘直线’拐到更陡的‘直线’。”

而现在“拉索”的精确测量发现，能谱的复杂结构表明，“膝”并非简单转折，而是出现了“膝盖”一样的“鼓包”，这意味着可能有新的宇宙线成分出现。

03 微类星体：宇宙中的超级加速器
“拉索”此次的发现直接指向了一类宇宙中的特殊系统——微类星体。处于双星系统中的黑洞，凭借其强大的引力不断吞噬伴星的物质，在这个过程中，部分物质会以喷流形式被喷射出来。

这种有吸积也有喷流的黑洞系统就是微类星体。

在此次研究中，“拉索”首次捕捉到来自五个微类星体的超高能伽马射线信号。

这些微类星体包括SS 433、V4641 Sgr、GRS 1915+105等。

其中，SS 433的微类星体加速质子总功率高达约每秒10³²焦耳，相当于每秒释放四百万亿颗“沙皇”氢弹的能量——这是人类制造的最强炸弹。

而V4641 Sgr产生伽马射线的父辈粒子能量超过10拍电子伏，表明它是一个“超级拍电子伏粒子加速器”。

04 破解70年难题的关键
自从上世纪50年代末科学家发现宇宙线“膝”结构以来，其物理成因一直是悬而未解的问题。

此前，银河系内公认的宇宙线源是超新星遗迹。但观测和理论都发现，超新星遗迹无力将宇宙线加速到“膝”及以上的高能量。

“拉索”凭借其强大的观测能力，解决了这一难题。

它采用多参数测量技术，成功筛选出大统计量的高纯度质子样本，精确测量了质子能谱，精度甚至可媲美卫星实验。

“拉索”的复合型探测器阵列设计，使其既能够通过超高能伽马射线探测宇宙射线的源天体，也能够对太阳系附近的宇宙线粒子进行精确测量。

05 宇宙线研究的意义与未来
这项突破性研究的意义远不止于解决了一个长期的科学难题。西班牙巴塞罗那大学教授、著名高能天体物理学家何塞普·马里亚·帕雷德斯评价道，这些成果将微类星体确立为重要的拍电子伏宇宙线源，并为了解黑洞核心或喷流中的加速过程提供了珍贵的线索。

这标志着银河系高能天体物理研究开启了新纪元。

对于未来，曹臻院士信心十足。他打了一个比方：以前的测量，就像把黑瓜子、白瓜子混在一起，只能看出个大概。

“拉索”让这些不同颜色、不同大小的瓜子清晰地分开，让我们能精准地挑出其中一种进行单独研究。

随着“拉索”继续接收宇宙“来信”，人类对极端宇宙的理解正在迅速改变，每一次的发现都让我们向宇宙的奥秘更近一步。

“拉索”的复合型探测器阵列设计，使其既能够通过超高能伽马射线探测宇宙射线的源天体，也能够对太阳系附近的宇宙线粒子进行精确测量。

这种全方位观测能力，让中国在伽马天文探测与宇宙线精确测量领域处于世界领先地位。

“拉索”成就彰显了中国在基础科学研究领域的创新实力，体现了中国智慧对人类文明的贡献。

在解读宇宙极端物理过程的道路上，“拉索”正持续带来具有全球影响力的突破性成果。

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