中國網/中國發(fā)展門戶網訊 2025年11月16日，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，拉索）發(fā)布兩項具有里程碑意義的科學成果，分別發(fā)表于《National Science Review》與《Science Bulletin》，由中國科學院高能物理研究所、南京大學、中國科學技術大學、羅馬第一大學等機構完成。觀測發(fā)現(xiàn)：黑洞吸積驅動的微類星體是銀河系中強大的粒子加速器，能夠將質子加速至拍電子伏（PeV）能段；宇宙線質子能譜“膝區(qū)”顯現(xiàn)超出預期的高能組分，黑洞正是其最可能的候選源天體?！袄鳌笔紫茖W家、中國科學院高能所曹臻院士表示，這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了宇宙線起源的關鍵機制，也為理解黑洞系統(tǒng)的極端物理過程開辟了一條新途徑。

首次探測到五個微類星體的超高能伽馬射線

黑洞是宇宙中最具吸引力的神秘天體之一，處于雙星系統(tǒng)中的黑洞在吸積伴星物質時可產生相對論性噴流，形成“微類星體”。拉索首次系統(tǒng)性地探測到來自SS 433、V4641 Sgr、GRS 1915+105、MAXI J1820+070與Cygnus X-1等五個微類星體的超高能伽馬射線。其中，SS 433的超高能輻射與周圍巨型原子云重合，強烈暗示來自于被黑洞加速的高能質子與物質的碰撞。分析表明該系統(tǒng)加速的質子能量超過1 PeV，總功率高達約每秒10³²焦耳，相當于每秒釋放四百萬億顆人造最強炸彈——“沙皇”氫彈的能量。而來自V4641 Sgr的伽馬射線能量達到0.8PeV，成為又一個“超級PeV粒子加速器”，即產生這些伽馬射線的父輩粒子能量超過10 PeV。這使得微類星體成為銀河系內非常重要的一類PeV粒子加速器，這解決了困擾科學家多年的一個難題：銀河系內公認的宇宙線源是超新星遺跡，但觀測和理論都發(fā)現(xiàn)它們無力將宇宙線加速到宇宙線“膝”及以上的高能量。

拉索測得的“膝區(qū)”宇宙線質子能譜（紅點）與AMS-02測得的低能組分（黑色方塊）、“悟空號”測得的中能組分（藍色方塊）一起，揭示了銀河系內存在多種類的加速源，每一類有各自獨特的加速能力和能量范圍，而“膝”正是產生高能組分的源的加速極限表現(xiàn)。

宇宙線能量分布圖關鍵轉折點——“膝”

宇宙線能量分布圖上有一個關鍵轉折點，由于其形狀酷似人的膝蓋，稱為“膝”，大約在3 PeV處，能量更高的宇宙線數(shù)量急劇減少。近70 年前發(fā)現(xiàn)“膝”以來，一直未弄清其成因，只是被猜測為加速源天體加速能力極限所致，呈現(xiàn)為宇宙線能譜從一個簡單的“冪律譜”轉換為另一個簡單的冪律譜。要真正理解這個問題，必須精確測量宇宙線各成分的能譜及各自的“膝”。

首先是最輕的原子核——質子的能譜分布。然而，“膝區(qū)”的宇宙線稀少，衛(wèi)星探測器面積有限，探測如同大海撈針；地面實驗受大氣層干擾，很難清晰地將質子從大量其他原子核產生的事例中識別出來。長期以來這一測量是公認不可能完成的任務。拉索巧妙利用其強大的地面觀測裝置，采用多參數(shù)測量技術成功篩選出大統(tǒng)計量的高純度質子樣本，從而精確測量其能譜，精度媲美衛(wèi)星實驗。這一突破性的測量揭示了完全超出預期的能譜結構，清晰展現(xiàn)出一個新的“高能組分”而非簡單的冪律轉換。

曹臻表示，拉索的新結果與AMS-02測得的低能組分、“悟空號”測得的中能組分一起，揭示了銀河系內存在多種類的加速源，每一類有各自獨特的加速能力和能量范圍，而“膝”正是產生高能組分的源的加速極限表現(xiàn)。

產生超過“膝”的高能宇宙線

質子能譜的復雜結構表明，PeV能段的宇宙線質子主要來自微類星體這類“新源”，它們具有明顯高于超新星遺跡的加速極限，能夠產生超過“膝”的高能宇宙線。兩項成果相互印證，構建起一個完整的科學圖景。這不僅為解決困擾學界近70年的“膝區(qū)成因”難題邁出關鍵一步，也為理解黑洞在宇宙線起源中的作用提供了重要的觀測證據(jù)。

拉索的復合型探測器陣列設計，使我們既能夠通過超高能伽馬射線探測宇宙射線的源天體，也能夠對太陽系附近的宇宙線粒子進行精確測量，既從天體源端看到了PeV能量的加速能力，又從宇宙線端看到了這類源所貢獻的能譜特征。這是第一次在觀測上將“膝”結構與具體類型的天體——黑洞噴流系統(tǒng)關聯(lián)起來。

高海拔宇宙線觀測站由中國科學家自主設計、建設并運行。憑借在伽馬天文探測與宇宙線精確測量兩方面的高靈敏度，該觀測站在高能伽馬射線天文和宇宙線物理領域處于領先地位，且持續(xù)取得具有全球影響力的突破性成果。這些成就彰顯了中國在基礎科學研究領域的創(chuàng)新實力，體現(xiàn)了中國智慧對人類文明的貢獻，尤其是在對宇宙極端物理過程的認知層面。而這只是中國深度參與科學研究的一個縮影：即便在遠離日常生活的自然科學前沿領域，中國也在積極作為。通過打造世界級平臺、組建國際團隊、推動人類認知邊界不斷拓展，中國正為全球科學事業(yè)作出重要貢獻。