四川在线记者 高杲
一条长达42光年的X射线“小尾巴”，让我们得以追踪宇宙高能粒子在星际空间中的漫长旅程。
9月21日，记者从中国科学院高能物理研究所获悉，该研究所联合南京大学团队，利用天关卫星（爱因斯坦探针，以下简称“天关”）与高海拔宇宙线观测站（LHAASO，以下简称“拉索”）观测，在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围，发现了一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
天关卫星
该尾迹延伸约42光年，并与“拉索”探测到的超高能伽马射线辐射沿同一方向延伸，在空间上高度吻合。这一发现为理解高能粒子如何离开加速天体、又如何在星际空间中传播提供了新的观测证据，也为解释一些缺少明确天体对应物的超高能伽马射线源提供了新的思路，相关成果已于近日发表在我国科技期刊《中国科学：物理学 力学 天文学》（英文版）上。
有啥成果？
发现隐藏42光年“小尾巴”，为目前已知最长“尾迹”
在我们的肉眼视线范围内，地球沐浴在一场场来自宇宙深处的“暴雨”中，不过这场“暴雨”并非由水滴组成，而是由数千亿颗带电粒子汇聚而成，这些粒子就是宇宙线。
宇宙线是来自宇宙深处的“信使”，它身上携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及空间环境等重要科学信息，是人类探索宇宙的重要窗口。但在宇宙线被发现100多年中，其起源和加速机制始终是国际物理学界悬而未决的世纪难题。
宇宙线在传播中，会和其他星际介质相互作用，辐射出伽马射线和X射线，通过捕捉和分析这些信号，有利于我们揭开宇宙线的神秘面纱。
作为超高能伽马射线探测装置，位于四川省甘孜州稻城县海子山的“拉索”，就像一张“大网”，昼夜不停地捕捉宇宙深处的粒子信号。
位于稻城县海子山的“拉索”
“自2021年投用以来，‘拉索’已经发现了70多个超高能伽马射线源。”中国科学院高能物理研究所研究员、粒子天体物理全国重点实验室主任冯骅介绍，这些超高能伽马射线中的粒子，可以在超新星遗迹、脉冲星、黑洞等极端天体附近加速到接近光速，但也有部分探测到的伽马射线，附近并没有发现明显天体作为加速源。“但并不是说，这些高能伽马射线没有来源，一种可能是，高能粒子在离开加速源后，传播了很久，直到远离源头的位置，才产生了能够探测到的伽马射线。”
要弄清楚这些高能粒子从哪里来？以及它是如何传播的？需要找到与拉索信号之间的互补性辐射，从而对整个辐射机制的拼图给出一个全面的解释。
这次“拉索”联合“天关”观测的是“PSR J1740+1000”，是一颗中年脉冲星，它每秒释放的能量是太阳总释放能量的约100倍，是天然的粒子加速器。
此前，科研人员利用“XMM-Newton”（欧洲航天局发射的X射线空间天文台），已经在它周围发现了一条数光年的X射线“小尾巴”，与此同时，“拉索”发现的超高能伽马射线辐射则位于这条尾迹延伸的方向上。
“与‘XMM-Newton’相比，‘天关’看得更广、灵敏度更高。”成果通讯作者之一、南京大学博士研究生池奕恒说，“天关”宽视场、低噪声的特性，可以发现弥散、暗弱的信号。此次发现的“小尾巴”长约42光年，是此前长度的几倍，是目前已知最长X射线脉冲星风云尾迹，拥有更延伸、更暗弱的结构。同时，它与拉索探测到的超高能伽马射线辐射沿同一方向延伸，在空间上高度吻合。“这也证实了之前的猜想，即高能粒子在远离加速源的位置，才产生了能够探测到的伽马射线。”
意义几何？
两大天文装置首次碰撞，为寻找超高能伽马射线源提供新视角
“拉索”是世界最灵敏的超高能伽马射线探测装置，“天关”则是最灵敏的弥散X射线望远镜，两大天文装置首次碰撞，让业内备受关注。
“‘无主’伽马射线将找到自己的源头。”成果通讯作者之一，中国科学院高能物理研究所副研究员席绍强介绍，这次联合观测的关键，不只是将伽马射线和X射线在天空中的位置对应起来，还根据辐射性质判断，它们来自同一批粒子。“我们判断X射线中的电子，在脉冲星风云中获得了很高的能量，当它在沿尾迹传播时，与宇宙中的低能光子发生作用，把光子提升到极高能量，产生了能够探测到的伽马射线。”
它为宇宙线的传播、演化提供了观测证据。“‘拉索’告诉我们天上哪些地方可能藏着宇宙线加速工厂，‘天关’则解释这些工厂里的车间、流水线是怎么工作的。”冯骅说，伽马射线和X射线就像是在不同波段记录下同一批高能粒子留下的“足迹”，两种辐射的空间位置和能谱能够相互对应，为这条超长尾迹确实由高能粒子延伸传播形成提供了有力证据。“过去，我们认为高能粒子进入星际空间后，会逐渐向各个方向散开，但这次观测显示，它们保持了明显的传播方向。”
“有两种可能性。”席绍强说，一种可能是，星际空间中的磁场具有较强的有序性，高能粒子能够沿着磁场方向传播，而垂直于这一方向的运动受到抑制，相当于修建了一条狭长的“磁轨道 ”。另一种可能是，脉冲星风云尾部存在持续向外运动的物质流，将高能粒子携带到远处，仿佛高压水枪一般。“不论是哪种解释，都证明了高能粒子在离开脉冲星风云后，并不会总是在很短距离内就完全‘随机散开 ’，而可能在相当长的距离内保留自身的传播方向，改变了我们的惯性认知。”
它的意义还不止如此。“我们看到辐射位置，可能只是粒子长途旅行的‘终点站’，而不是它们的‘出生地’。”来自意大利国家天体物理研究所的科研人员撰写专题评述文章说，这一发现的意义超越了“PSR J1740+1000”本身，它表明超高能伽马射线源与其候选天体之间的空间偏移，未必意味着错误的关联，而可能恰恰追踪了粒子离开加速天体后的传播路径。
从更大的层面看，这种大科学装置之间的合作，也将挑战更多基础研究和交叉学科的重大科学问题。“‘天关’与‘拉索’结合成为联合研究团体，确保了重要科学发现的特殊要求。”中国科学院院士、“拉索”首席科学家曹臻说，这项成果的取得和发表，将为将来大科学装置之间的合作，尤其是在时域天文学研究中作出表率。
（图片由高能所提供）
