天关卫星与拉索揭示宇宙线定向传播机制

IT时代网9月21日消息，据科技日报报道，我国天关卫星与高海拔宇宙线观测站“拉索”的联合观测发现，在一颗脉冲星周围，高能粒子并没有立即四散，而是沿着一条狭窄“轨道”定向疾驰了约42光年。相关研究成果21日发表于《中国科学：物理学 力学 天文学》英文版。

传统认知里，宇宙线离开源头后会像烟花一样朝四面八方均匀散开。此次观测首次清晰揭示出宇宙线定向传播机制，直接挑战了“各向同性扩散”的经典假设。

宇宙线是来自太空的高能带电粒子，可在脉冲星、黑洞等极端天体附近被加速到接近光速。由于宇宙线带电，在磁场中会不断拐弯，科学家很难直接判断它们的来源。但这些粒子在传播过程中会发出X射线和伽马射线，而这些光沿直线传播，可以帮研究人员反推高能粒子的出发地和行走路线。

此次，科研人员瞄准了一颗距地球约4600光年的脉冲星PSR J1740+1000。此前有卫星在这颗脉冲星附近发现一条数光年长的X射线尾迹，“拉索”也在同一方向探测到超高能伽马射线，但两者位置似乎对不上，有人猜测中间可能还存在额外的加速过程。

转机来自天关卫星搭载的风行天X射线望远镜。经过约7万秒观测，它发现这条X射线尾迹长达42光年，是目前已知最长的X射线脉冲星风云尾迹。与此同时，“拉索”把1900多天的数据叠加分析后发现，X射线和伽马射线不仅位置能对应上，还能用同一批高能电子来解释。

论文通讯作者之一、中国科学院高能物理研究所研究员冯骅解释，这些电子在脉冲星附近被加速后沿尾迹一路奔跑，途中在磁场中发出X射线，又和空间中的低能光子碰撞，产生“拉索”能捕捉的超高能伽马射线，两种辐射就像同一批粒子在不同波段留下的足迹。尾迹长达42光年且方向与伽马射线高度一致，意味着高能粒子离开脉冲星后，在很长距离上保持着定向传播。

冯骅表示，这一发现改变了寻找超高能伽马射线源的思路，如今看到的辐射位置，可能只是粒子长途旅行中的“驿站”，而非“出生地”。天关卫星与“拉索”的联手，为研究极端天体产生的高能粒子如何逃离源头、如何在银河系中传播打开了新的观测窗口。

编辑：刘宁