大型高空空氣簇射天文台（LHAASO）在天鵝座恒星形成區發現了一個巨大的超高能伽瑪射線氣泡結構，這是首次發現能量高于10 PeV（ 1PeV=1015eV）的宇宙射線的起源。

這一成果以封面文章的形式發表在2月26日的《科學通報》上。

該研究由中國科學院高能物理研究所曹臻教授作爲發言人領導的LHAASO合作項目完成。高傳東博士、李聰博士、劉若玉教授、楊瑞智教授爲論文共同通訊作者。

宇宙射線是來自外太空的帶電粒子，主要由質子組成。宇宙射線的起源是現代天體物理學中最重要的前沿問題之一。在過去的幾十年裏，對宇宙射線的測量已經揭示了在能譜（即宇宙射線豐度的分布作爲粒子能量的函數）中約1 PeV的斷裂，由于其形狀類似于膝關節，因此被稱爲宇宙射線能譜的“膝蓋”。

科學家認爲，能量低于“膝蓋”的宇宙射線起源于銀河系內的天體物理物體，“膝蓋”的存在也表明，銀河系中大多數宇宙射線源加速質子的能量極限在幾PeV左右。然而，宇宙射線在“膝蓋”區域的起源仍然是一個未解之謎，也是近年來宇宙射線研究中最有趣的話題之一。

超級宇宙射線加速器的發現

LHAASO在天鵝座恒星形成區發現了一個巨大的超高能伽瑪射線氣泡結構，結構內部存在多個超過1 PeV的光子，最高能量達到2.5 PeV，表明氣泡內部存在超級宇宙射線加速器，不斷加速能量高達20 PeV的高能宇宙射線粒子，並將其注入星際空間。這些高能宇宙射線與星際氣體碰撞並産生伽馬射線。這些伽馬射線光子的強度與周圍氣體的分布明顯相關，靠近氣泡中心的大質量星團（OB，天鵝座OB2）是超級宇宙射線加速器最有希望的候選者。天鵝座OB2由許多年輕的、熱的、大質量的恒星組成，表面溫度超過35000°C （O型恒星）和15000°C (B型恒星)。

這些恒星的輻射亮度是太陽的數億倍，巨大的輻射壓力吹走了恒星表面的物質，形成了速度高達每秒數千公裏的動態恒星風。恒星風與周圍星際介質的碰撞以及恒星風之間的劇烈碰撞爲有效的粒子加速創造了理想的場所。這是目前發現的第一個超級宇宙射線加速器。隨著觀測時間的增加，LHAASO有望探測到更多的超級宇宙射線加速器，並有望解開銀河系中宇宙射線起源的謎團。

LHAASO的觀測還表明，氣泡內部的超級宇宙射線加速器顯著增加了周圍星際空間的宇宙射線密度，遠遠超過了銀河系中宇宙射線的平均水平。密度過剩的空間延伸甚至超過了氣泡的觀測範圍，這爲LHAASO先前探測到的銀河面漫射伽馬射線發射過剩提供了可能的解釋。

意大利國家天體物理研究所（INAF）的著名天體物理學家埃琳娜·阿馬托教授強調了這一發現對宇宙射線起源的影響。她還評論說，這些結果“不僅影響了我們對漫射輻射的理解，而且對我們對銀河系中宇宙射線（CR）傳輸的描述也産生了非常相關的影響。”

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