本報(bào)記者 陸成寬

　　長久以來，黑洞都被視為吞噬一切的“終結(jié)者”。然而，我國高海拔宇宙線觀測站“拉索”(LHAASO)的重大發(fā)現(xiàn)，一舉顛覆了這一認(rèn)知，證實(shí)黑洞還是超高能宇宙射線的源頭。

　　基于“拉索”的觀測數(shù)據(jù)，來自中國科學(xué)院高能物理研究所等單位的科研人員發(fā)現(xiàn)，黑洞是宇宙中的“超級粒子加速器”，并成功破解困擾科學(xué)界近70年的宇宙線“膝”區(qū)形成之謎。相關(guān)兩項(xiàng)研究成果16日發(fā)表于《國家科學(xué)評論》(英文版)和《科學(xué)通報(bào)》(英文版)。

　　宇宙線是來自宇宙空間的高能帶電粒子，主要由質(zhì)子和多種元素的原子核組成。由于它攜帶著宇宙起源、天體演化、太陽活動及地球空間環(huán)境等重要科學(xué)信息，因此，研究宇宙線及其起源是探索宇宙的重要途徑。

　　黑洞是宇宙中最具吸引力的神秘天體之一。雙星系統(tǒng)中的黑洞，在吞噬伴星物質(zhì)的同時，可產(chǎn)生速度接近光速的劇烈噴流。處于這種狀態(tài)的黑洞被科學(xué)家稱為微類星體。

　　利用“拉索”，我國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)SS 433、V4641 Sgr等五個微類星體的超高能伽馬射線。其中，SS 433的超高能輻射，正好與一片巨型的原子云重合。這就像找到了“槍口冒出的硝煙”，證明黑洞將質(zhì)子加速到超高能量后，與原子云發(fā)生了猛烈碰撞�！斑@股能量的峰值超過1PeV(千萬億電子伏)，總功率高達(dá)每秒1032焦耳，形象地說，相當(dāng)于釋放四百萬億顆人造最強(qiáng)炸彈——‘沙皇’氫彈的能量�！敝袊�科學(xué)院院士、中國科學(xué)院高能物理研究所研究員曹臻說。

　　此外，來自V4641 Sgr的伽馬射線能量也高達(dá)0.8PeV，表明其父輩粒子能量超過10PeV，是名副其實(shí)的“超級加速器”�！般y河系內(nèi)公認(rèn)的宇宙線源是超新星遺跡，但觀測和理論都證明，這些遺跡的加速能力有限，根本無力將粒子加速到宇宙線的‘膝’區(qū)。這些發(fā)現(xiàn)找到了銀河系內(nèi)超高能宇宙射線的加速源�！辈苷榻忉�。

　　宇宙線的能量分布并非一條直線。它會在約3PeV處出現(xiàn)一個明顯的拐彎，形狀酷似人的膝蓋，因此被科學(xué)家稱為“膝”。越過此點(diǎn)，宇宙線的數(shù)量便會急劇下降。

　　近70年來，“膝”的成因一直是個謎。最主流的猜測是，宇宙線的源頭天體加速能力有極限，到了“膝”對應(yīng)的能量就加速不動了。要驗(yàn)證這一點(diǎn)，就必須精確測量不同宇宙線成分，尤其是最輕的質(zhì)子的能譜。

　　然而，這項(xiàng)測量極為困難：能量達(dá)到“膝”區(qū)的宇宙線非常稀少，用衛(wèi)星探測如同“大海撈針”；而地面實(shí)驗(yàn)又受大氣干擾，難以從眾多粒子中精準(zhǔn)識別出質(zhì)子。因此，精確測量質(zhì)子能譜曾被認(rèn)為是不可能完成的任務(wù)。

　　“拉索”憑借其強(qiáng)大的探測能力，成功突破了這一極限。它實(shí)現(xiàn)了對“膝”區(qū)高純度質(zhì)子樣本的精確測量，其精度甚至可以媲美衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)。這一測量帶來了顛覆性的發(fā)現(xiàn)：質(zhì)子能譜在“膝”區(qū)并非簡單的拐彎，而是顯現(xiàn)出一個全新的高能組分。

　　“拉索”的新發(fā)現(xiàn)，與阿爾法磁譜儀2號測到的低能組分和我國“悟空號”測到的中能組分一起，揭示了銀河系內(nèi)存在多種類的加速源，每一類有各自獨(dú)特的加速能力和能量范圍，而“膝”正是產(chǎn)生高能組分加速源的加速能力達(dá)到極限的表現(xiàn)。

　　曹臻表示，這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了宇宙線起源的關(guān)鍵機(jī)制，也為理解黑洞系統(tǒng)的極端物理過程開辟了一條新途徑。

　　(科技日報(bào)北京11月16日電)