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位於稻城海子山的“拉索”。
“天關”衛星。
“拉索”和“天關”觀測到的X射線脈沖星風雲的完整尾跡。 中國科學院高能物理研究所供圖
一條長達42光年的X射線“小尾巴”，讓我們得以追蹤宇宙高能粒子在星際空間中的漫長旅程。9月21日，記者從中國科學院高能物理研究所獲悉，該研究所聯合南京大學團隊，利用愛因斯坦探針衛星（簡稱“天關”衛星）與高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，簡稱“拉索”）觀測，在一顆距離地球約4600光年的脈沖星周圍，發現了一條此前未被完整看到的超長X射線尾跡。
該尾跡延伸約42光年，並與“拉索”探測到的超高能伽馬射線輻射沿同一方向延伸，在空間上高度吻合。這一發現為理解高能粒子如何離開加速天體、如何在星際空間中傳播提供了新的觀測証據，也為解釋一些缺少明確天體對應物的超高能伽馬射線源提供了新的思路，相關成果已於近日發表在我國科技期刊《中國科學：物理學 力學 天文學》（英文版）上。
有啥成果？
發現隱藏的42光年“小尾巴”，為目前已知最長“尾跡”
在我們的肉眼視線范圍內，地球沐浴在一場場來自宇宙深處的“暴雨”中，不過這場“暴雨”並非由水滴組成，而是由數千億顆帶電粒子匯聚而成，這些粒子就是宇宙線。
宇宙線是來自宇宙深處的“信使”，它身上攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動及空間環境等重要科學信息，是人類探索宇宙的重要窗口。但在宇宙線被發現的100多年中，其起源和加速機制始終是國際物理學界懸而未決的世紀難題。
宇宙線在傳播中，會和其他星際介質相互作用，輻射出伽馬射線和X射線，通過捕捉和分析這些信號，有利於我們揭開宇宙線的神秘面紗。
作為超高能伽馬射線探測裝置，位於甘孜州稻城縣海子山的“拉索”，就像一張“大網”，晝夜不停地捕捉宇宙深處的粒子信號。
“自2021年投用以來，‘拉索’已經發現了70多個超高能伽馬射線源。”中國科學院高能物理研究所研究員、粒子天體物理全國重點實驗室主任馮驊介紹，這些產生超高能伽馬射線的粒子，可以在超新星遺跡、脈沖星、黑洞等極端天體附近加速到接近光速，但也有部分探測到的伽馬射線，附近並沒有發現明顯天體作為加速源。“但並不是說，這些高能伽馬射線沒有來源，一種可能是，高能粒子在離開加速源后，傳播了很久，直到遠離源頭的位置，才產生了能夠探測到的伽馬射線。”
要弄清楚這些高能粒子從哪裡來以及它們是如何傳播的，需要找到與“拉索”信號之間的互補性輻射，從而對整個輻射機制的拼圖給出一個全面的解釋。
這次“拉索”聯合“天關”觀測的“PSR J1740+1000”，是一顆中年脈沖星，它每秒釋放的能量是太陽總釋放能量的約100倍，是天然的粒子加速器。
此前，科研人員利用“XMM-Newton”（歐洲航天局發射的X射線空間天文台），在它周圍發現了一條數光年的X射線“小尾巴”，與此同時，“拉索”發現的超高能伽馬射線輻射則位於這條尾跡延伸的方向上。
“與‘XMM-Newton’相比，‘天關’看得更廣、靈敏度更高。”成果通訊作者之一、南京大學博士研究生池奕恆說，“天關”寬視場、低噪聲的特性，可以發現彌散、暗弱的信號。此次發現的“小尾巴”長約42光年，是此前長度的數倍，是目前已知最長X射線脈沖星風雲尾跡，擁有更延伸、更暗弱的結構。同時，它與“拉索”探測到的超高能伽馬射線輻射沿同一方向延伸，在空間上高度吻合。“這也証實了之前的猜想，即高能粒子在遠離加速源的位置，才產生了能夠探測到的伽馬射線。”
意義幾何？
兩大天文裝置首次合作，為尋找超高能伽馬射線源提供新視角
“拉索”是世界最靈敏的超高能伽馬射線探測裝置，“天關”則是最靈敏的彌散X射線望遠鏡，兩大天文裝置首次碰撞，在業內備受關注。
“‘無主’伽馬射線將找到自己的源頭。”成果通訊作者之一、中國科學院高能物理研究所副研究員席紹強介紹，這次聯合觀測的關鍵，不只是將伽馬射線和X射線在天空中的位置對應起來，還根據輻射性質判斷，它們來自同一批粒子。“我們判斷產生X射線的電子，在脈沖星風雲中獲得了很高的能量，當它在沿尾跡傳播時，與宇宙中的低能光子發生作用，把光子提升到極高能量，產生了能夠探測到的伽馬射線。”
此次發現為宇宙線的傳播、演化提供了觀測証據。“‘拉索’告訴我們天上哪些地方可能藏著宇宙線加速工廠，‘天關’則解釋這些工廠裡的車間、流水線是怎麼工作的。”馮驊說，伽馬射線和X射線就像是在不同波段記錄下同一批高能粒子留下的“足跡”，兩種輻射的空間位置和能譜能夠相互對應，為這條超長尾跡確實由高能粒子延伸傳播形成提供了有力証據。“過去，我們認為高能粒子進入星際空間后，會逐漸向各個方向散開，但這次觀測顯示，它們保持了明顯的傳播方向。”
“有兩種可能性。”席紹強說，一種可能是，星際空間中的磁場具有較強的有序性，高能粒子能夠沿著磁場方向傳播，而垂直於這一方向的運動受到抑制，相當於修建了一條狹長的“磁軌道”。另一種可能是，脈沖星風雲尾部存在持續向外運動的物質流，將高能粒子攜帶到遠處，仿佛高壓水槍一般。“不論是哪種解釋，都証明了高能粒子在離開脈沖星風雲后，並不會總是在很短距離內就完全‘隨機散開’，而可能在相當長的距離內保留自身的傳播方向，改變了我們的慣性認知。”
它的意義還不止如此。“我們觀測到的輻射位置，可能只是粒子長途旅行的‘終點站’，而不是它們的‘出生地’。”來自意大利國家天體物理研究所的科研人員撰寫專題評述文章說，這一發現的意義超越了“PSR J1740+1000”本身，它表明超高能伽馬射線源與其候選天體之間的空間偏移，未必意味著錯誤的關聯，而可能恰恰追蹤了粒子離開加速天體后的傳播路徑。
從更大的層面看，這種大科學裝置之間的合作，將挑戰更多基礎研究和交叉學科的重大科學問題。“‘天關’與‘拉索’結合成為聯合研究團體，滿足了重要科學發現的特殊要求。”中國科學院院士、“拉索”首席科學家曹臻說，這項成果的取得和發表，將為將來大科學裝置之間的合作，尤其是在時域天文學研究中作出表率。（四川日報全媒體記者 高杲）
(責編：李強強、章華維) | 
發表於 2026-9-25 01:14:28
