高海拔宇宙线观测站“拉索”首次揭示黑洞在宇宙线起源中的作用

11月16日，封面新闻记者从中国科学院获悉，位于四川省稻城县的高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）首次系统性探测到五个由黑洞和伴星相互作用形成的微类星体的超高能伽马射线信号，产生这些辐射的粒子能量处于宇宙线能谱的“膝”区。相关科研成果11月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。

“拉索”全景航拍图。图据中国科学院高能物理研究所

高能伽马射线源，被认为是宇宙线起源线索。在广阔的宇宙中，无数以近光速飞行的微观粒子穿梭不息，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。

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。

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。

这项发现表明，微类星体是强大的“粒子加速器”，可将宇宙线加速至“膝”及以上的高能量，为破解困扰学界多年的宇宙线“膝”形成之谜提供了关键的观测证据，并为最终解决这一难题指出了新的突破方向。

封面新闻记者 赵雨笙