拉索發現“天鷹助推器” 挑戰脈衝星風雲加速粒子理論極限
中新網成都4月22日電 (記者 劉忠俊)記者22日從天府宇宙線研究中心獲悉，拉索粒理論極位於四川稻城縣的發現風國家重大科技基礎設施高海拔宇宙線觀測站(英文縮寫LHAASO，簡稱“拉索”)在天鷹座發現由脈衝星PSR J1849-0001驅動的天鷹脈衝星風雲存在拍電子伏(PeV，即10¹⁵eV)伽馬輻射。助推戰脈這一發現揭示該天體對粒子的器挑加速效率逼近甚至超過理想磁流體條件下的理論極限，對經典脈衝星風雲粒子加速理論提出嚴峻挑戰。衝星
天鷹助推器與拉索的加速藝術想象圖。天府宇宙線研究中心供圖脈衝星風雲是拉索粒理論極宇宙中高速旋轉的磁化中子星——脈衝星——向周圍空間吹出的近光速帶電粒子風(脈衝星風)，與周邊介質猛烈撞擊後形成的發現風高能天體。長期以來，天鷹銀河係內自轉減慢光度最高的助推戰脈脈衝星所驅動的蟹狀星雲(Crab Nebula)，一直是器挑高能天體物理研究中的“標準燭光”。此前，衝星拉索通過探測到來自蟹狀星雲的加速PeV伽馬射線，推定其粒子加速效率至少達到理論極限的拉索粒理論極16%，確立了蟹狀星雲作為極端拍電子伏粒子加速器(PeVatron)的地位。這一成果被稱為伽馬射線波段蟹狀星雲的兩大驚奇發現之一，引發學界廣泛關注與討論。
本次拉索團隊的研究，聚焦於另一脈衝星風雲係統PSR J1849-0001。該脈衝星位於天鷹座，其自轉減慢光度比蟹狀星雲脈衝星低約50倍。按照傳統脈衝星風雲演化與輻射模型，較低的注入光度通常對應較弱的高能輻射光度。但拉索的能譜測量結果顯示，該天體係統的伽馬射線能譜不僅以冪律形式延伸至2 PeV，其PeV能段的伽馬射線光度甚至比蟹狀星雲高出數倍。
這一現象表明，該係統將脈衝星風能量轉化為超高能粒子的效率極高。研究團隊結合X射線等多波段觀測結果，對該脈衝星風雲內部物理參數進行了嚴格約束，發現其內部粒子加速效率至少達到理論極限的27%，已超過蟹狀星雲的水平。研究人員指出，若粒子是在傳統模型預期的終止激波處被加速到觀測所需能量，其加速效率需超過100%——這一結論直接對當前脈衝星風雲粒子加速理論構成挑戰。也正因擁有驚人的粒子加速效率，該脈衝星風雲被賦予“天鷹助推器(Aquila Booster)”的別稱。
PSR J1849-0001區域伽馬射線的能譜(即光子數量隨能量的變化圖)，藍色點和紅色點分別表示拉索兩個子陣列的測量結果。天府宇宙線研究中心供圖拉索的這項發現，不僅為銀河係PeVatron候選體增添了一個極具研究價值的新案例，更揭示出：在看似不占優勢的脈衝星係統中，宇宙仍能形成一台近乎“超常發揮”的極端粒子加速器。這暗示，如此極端的粒子加速效率可能並非蟹狀星雲這一特殊天體獨有，而是脈衝星風雲這類天體的共有特征。此項成果為完善脈衝星風雲理論圖景提供了重要線索，也將推動理論天體物理學家重新審視相對論性等離子體中的粒子加速機製及相關基本物理過程。(完)
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