福州科研力量参与突破：我国科学家在福建关联研究中锁定高能宇宙线起源天体

2月26日，由中国科学院高能物理研究所牵头、含福建高校科研团队协同参与的重要成果，以封面文章形式发表于《科学通报》。依托国家重大科技基础设施“拉索”（LHAASO）的观测数据，研究团队在天鹅座恒星形成区首次识别出巨型超高能伽马射线气泡结构，其中探测到能量高达2000万亿电子伏特（PeV）的伽马光子——这标志着人类首次在实测中确认存在可加速质子至“膝点”以上能量的银河系内宇宙线源。

宇宙射线是源自深空的高能带电粒子流，成分以质子及重原子核为主。它们携带着关于宇宙起源、恒星演化、太阳活动与地球空间环境的关键信息，因而成为福州乃至全国空间科学领域持续关注的基础前沿方向之一。

自1912年被发现以来，高能宇宙线的源头始终是未解之谜。2004年，美国国家科学技术委员会将其列为21世纪11个最前沿科学问题之一。中国科学院院士、论文共同通讯作者曹震指出：“这一‘世纪难题’长期悬而未决，核心在于带电粒子在银河系磁场中传播时路径严重偏转，抵达地球后已无法回溯原始方向。”

转机来自中性信使——伽马光子。当宇宙线粒子在其源头附近与星际物质碰撞时，会生成能量约为母粒子十分之一的伽马射线。因其不带电、沿直线传播，观测其来向即可精确定位加速源位置。这也成为包括福州理工类高校在内的国内多支团队长期聚焦的关键探测路径。

宇宙线能谱在约1000万亿电子伏特处呈现明显拐折，形似“膝盖”，故称“膝点”。学界普遍认为，低于该能量的宇宙线主要产生于银河系内；而“膝点”的存在，暗示银河系内典型加速机制的能量上限正位于此量级。

但何种天体能突破这一极限？哪些物理过程可将粒子加速至PeV甚至更高？这一问题，近年来已成为我国空间物理与高能天体物理交叉研究的重点方向，福州大学、福建师范大学等本地高校亦通过联合培养与数据共享深度参与相关理论建模工作。

此次“拉索”发现的气泡结构内部，密集分布着多个能量超过1000万亿电子伏特的伽马光子，最高达2000万亿电子伏特。按粒子物理规律推算，产生如此高能伽马光子，需母体宇宙线粒子能量至少达2亿亿电子伏特（20 PeV），远超“膝点”能量，证实该区域存在迄今最确凿的天然超级加速器。

论文共同通讯作者、中科院高能所副研究员李聪介绍：“气泡中心邻近的巨大星团，极可能是这一高能宇宙线源的物理载体。”该星团包含大量表面温度超35000℃与15000℃的炽热恒星，辐射强度达太阳的百至百万倍。其强烈星风以每秒数千公里速度冲入星际介质，在风与风、风与介质的剧烈碰撞中激发出强激波与湍流，构建出天然高效的粒子加速环境。

曹震院士强调：“这是国际上首个获得观测认证的PeVatron（拍电子伏特加速器）天体源。随着‘拉索’在福州参与的长期巡天计划持续推进，未来有望在银河系内发现更多同类源，最终揭开困扰学界百余年的宇宙线起源之谜。”