四川在线记者 宁宁

甘孜稻城，海拔4410米的海子山上，探寻宇宙奥秘的“拉索”又传来好消息！

7月19日，记者从中国科学院高能物理研究所获悉，国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站“拉索”正式发布了W51复合区域高能伽马辐射的精确测量，认证其为超高能宇宙线加速天体，并获得其加速宇宙线最高能量极限证据。相关成果于7月16日发表在自然科学权威期刊《Science Bulletin》（《科学通报》）上。

W51区域的宽波段伽马射线能谱测量，以及强子相互作用模型对能谱数据的拟合结果。中国科学院高能物理研究所供图

一直以来，科学家们认为超新星遗迹是银河系内宇宙线的重要候选源之一，W51区域因含有包括超新星遗迹在内的多种高能天体而备受关注。该区域是银河系中最大、最活跃的“恒星工厂”之一，也是为数不多、被认证为存在GeV（千兆电子伏特）能量强子宇宙线加速的天区，在破解“宇宙线起源”的世纪谜题中占有重要地位。

此次研究中，研究人员利用“拉索”实验数据，首次将W51区域的能谱（即宇宙线粒子数量在能量上的分布）测量，从此前的30TeV（三十万亿电子伏特）左右拓展至超高能区（大于百万亿电子伏特），并清晰地观测到伽马射线能谱在几十TeV处的“软化”结构。

“拉索”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。中国科学院高能物理研究所供图

如何理解这一“软化”结构？

文章共同通讯作者之一、中国科学院高能物理研究所副研究员李哲解释，所谓“软化”，也就是对应于该区域加速宇宙线的能量极限。“‘拉索’观测到该区域的伽马射线能谱达到顶峰极限后，辐射出的事例数快速减少，形象地说就是迅速掉下来，从观测的天图上看，这个掉的过程延续到百TeV以上。”

从天图上还可以看到，“拉索”测量能谱与美国宇航局的费米卫星（Fermi-LAT）在低能区的测量完美衔接，实现了跨越6个量级的精确能谱测量。

要理解这一“衔接”，有个前提：此前，费米卫星观测到超新星遗迹加速的宇宙线与分子云碰撞而产生的鼓包结构。这一结构是发生强子作用的重要证据，也就说明辐射有很大可能起源于宇宙线加速的强子过程。

李哲说，“拉索”和费米卫星进行的是两个独立的实验，二者的观测结果衔接得好，说明辐射可能来自于同一个宇宙线加速源，“这为W51区域的伽马辐射起源于宇宙线与分子云的碰撞提供了重要证据。”同时，研究也表明W51区域对宇宙线加速最高能量极限在400TeV左右。

研究人员还推测，在W51复合区域中，超新星遗迹SNR W51C是最可能的宇宙线加速源，本次测量首次为SNR能够将宇宙线加速至100TeV以上提供了重要证据。

“拉索”给出W51区域在大于100TeV能区的显著性分布天图。中国科学院高能物理研究所供图

“拉索”位于甘孜州稻城县海拔4410米的海子山，是由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子探测器阵列、7.8万平方米水切伦科夫探测器阵列以及由18台广角切伦科夫望远镜组成的复合阵列。2021年7月，“拉索”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。

此次观测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，充分体现了“拉索”国际领先的优势。此外，该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。