首获关键证据！“拉索”挑战超新星遗迹宇宙线加速模型

7月16日，国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”（简称“拉索”）在《科学通报（英文版）》上发布了W51复合区域高能伽马辐射的精确测量结果。研究显示，W51区域中的超新星遗迹W51C是最可能的宇宙线加速源，加速宇宙线最高能量极限在400万亿电子伏左右。该研究首次为超新星遗迹能够将宇宙线加速至超过百万亿电子伏提供了关键证据，向超新星遗迹的宇宙线加速理论模型提出新挑战。

匿名审稿人评价：“该研究所呈现的结果，对高能天体物理学界来说非常有趣，它们将有助于揭开长期以来银河系中超高能宇宙线加速源的搜索之谜。”

宇宙线起源问题困扰科学界百年。超新星遗迹被认为是银河系中神秘宇宙线最可能的起源地，一直备受关注。W51区域位于人马旋臂，距离太阳系大约15000光年，是银河系中最大、最活跃的“恒星工厂”之一，是研究和理解恒星形成过程的重要天体之一，也是目前为数不多的、拥有十亿电子伏特能量强子宇宙线加速证据的天区，在破解“宇宙线起源”世纪谜题中占有重要地位。

利用“拉索”长达两年多的实验数据，研究人员观测到W51区域发出的大量宇宙线事例，能区从2万亿电子伏延伸至200万亿电子伏。这些数据首次将W51区域的能谱测量拓展至超高能区，并清晰地显示出该区域加速宇宙线产生的伽马射线能谱极限高达几十万亿电子伏，表明了W51区域加速宇宙线能量的最高极限在400万亿电子伏左右。

“如果这个伽马射线来自于超新星遗迹W51加速邻近分子云产生的超高能宇宙线，那么400万亿电子伏就是现有的超新星遗迹加速宇宙线能力的最高纪录，超过了原来达不到100万亿电子伏的理论预期。”论文通讯作者之一、中国科学院高能物理研究所副研究员李哲告诉《中国科学报》。

与此同时，一直以来科学界不能确定W51区域被加速的带电粒子是宇宙线中的强子还是轻子，流行理论认为由超新星遗迹激波与邻近分子云相互作用而产生的伽马辐射应是强子起源的。

此次研究中，研究人员将“拉索”在高能区的测量能谱与Fermi-LAT卫星在低能区的测量能谱衔接，形成了跨越6个量级的精确能谱。论文通讯作者之一、中国科学院高能物理研究所副研究员方堃介绍，该能谱可以统一由强子相互作用模型给出完美解释，表明伽马射线很有可能起源于宇宙线与分子云的碰撞。

“拉索”是国家重大科技基础设施，位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，于2021年7月建成并开始高质量稳定运行，是国际上最灵敏的超高能伽马射线探测装置，具有大视场和全天候的特点，这次观测充分体现了拉索国际领先的优势。该成果由中国科学院高能物理研究所牵头的拉索国际合作组完成，该项研究得到了国家自然科学基金、四川省杰出青年基金和中国科学院青年团队计划等资助。