天上卫星和地面望远镜联手 破解宇宙线“百年谜题”

X射线和伽马射线为什么能对应起来？池奕恒解释，它们来自同一批高能电子。电子在脉冲星风云中获得很高能量，沿尾迹传播时在磁场中做回旋运动，发出X射线；同时，它们还会撞上宇宙空间中原本存在的低能光子，把低能光子提升到极高能量，产生拉索探测到的超高能伽马射线。他比喻说，就像在烟雾里开手电筒，能看到一个光柱；X射线和伽马射线就是光柱，而脉冲星就是那个手电筒。冯骅补充道，空间形态一致，能谱也能用同一群电子解释，原来猜测的“重新加速”并不需要。

南京大学副教授周平进一步介绍，这次观测的脉冲星风云年龄超过天关客星（公元1054年爆发并被史官记录的超新星）10倍，是一颗比较年老的脉冲星风云，但它仍在通过某种方式释放能量，影响至少42光年的天区。这说明脉冲星风云在相当长一段时间里，都在对星系产生持续影响。

中国科学院院士、拉索首席科学家曹臻给出评价，这项成果具有划时代意义，改变了本领域的惯性思维。过去针对拉索新发现的源开展多波段研究，往往要搜索国外X射线卫星的档案数据，再申请观测，竞争激烈，常常需一年到两年才能实现一次有效观测。而“天关”卫星与拉索同由中国科学院高能物理研究所粒子天体物理全国重点实验室牵头研制和运行，在国内大科学工程机制下，两个团队可以直接组成联合研究团体，这样不仅大大提速，也保证了研究深度。“这种模式，在观测时间极为稀缺的天文界，可以称之为梦想级的罕见事件。”曹臻说。

过去，科学家通常假设宇宙线从源头出来后，会向四面八方均匀扩散。“以前我们没有任何观测证据，只能假设它一出源就四散。这次发现，至少在相当长一段距离内，它是定向传播的。”冯骅说，这个研究成果在某些情况下不仅不对，而且完全偏离了事实——高能粒子可以经过长达42光年的非常长距离的定向传播。

南京大学教授柳若愚解释，宇宙线带电，在银河系磁场中传播会受到约束和偏折。地球上看到的宇宙线，已经是经历过传播的宇宙线。这次发现说明，粒子从源逃出后，至少在一段时间内没有立刻散开，而是保留着出发时的方向。“这为我们研究星际磁场性质以及宇宙线传播机制，提供了非常重要的线索。”

至于为什么能跑这么远，冯骅介绍，一种可能是星际磁场比较有序，粒子沿磁场方向跑，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，把高能粒子携带到远处，仿佛高压水枪。“目前数据还不能判断哪一种占主导，两种都有可能，这可能是未来研究的重点。”

这个发现也改变了找源头的思路。冯骅说，以后看到伽马射线，不能只盯着最亮处，还要沿可能的路径找“出生地”。有些拉索源找不到源头，如果粒子是四散的，源头应该在辐射正中间；如果它是定向传播的，源头就可能远离我们，需要更多观测去找。

据池奕恒介绍，团队最近还在关注微类星体。拉索发现微类星体似乎具有非常高效的加速粒子能力，“风行天”及时参与，可以在短时间内快速了解这类天体粒子加速和辐射的图景。此外，团队还在研究其他脉冲星相关天体，希望进一步了解超高能电子如何传输、辐射和冷却。

冯骅透露，团队已利用“天关”卫星对约10来个拉索源进行观测，这次选择科学意义最重要、显示度最高的一个先发表。第二篇文章已投稿，估计一两个月内接受发表。后面还在策划利用“天关”卫星对拉索发现大量超高能辐射的重要天区进行大型深度观测。席绍强补充，那片区域曾报道过人类探测到的最高能量光子，团队计划进行深度覆盖观测研究。

冯骅表示，这次合作也说明，需要在顶层设计上鼓励和促成大科学装置之间的合作。每个科学家的兴趣可能不一样，但有些重要科学问题需要大家同心协力，共同攻关。现在拉索团队已联合“天关”、FAST、银河画卷等不同波段团队，形成新的队伍。“天关”卫星首席研究员袁为民认为，这项成果释放了一个信号：中国主导的国际领先大科学装置之间的强强联合，已经开始携手挑战基础研究和交叉研究领域的重大科学问题。

周平则感慨，高校虽然没有参与望远镜研制，但很高兴能用上“世界上最好的数据”做前沿研究，“在我当博士生的时候是没有这样的机会的，现在研究生也能用上这样好的数据了。”冯骅很欣慰，这是两个国内非常有显示度、标志性的大科学设施第一次合作，成果出来后的第一篇文章，团队决定不投国外杂志，一定要投国内杂志，“国家也在倡导，要把我们自己的成果发表在本土期刊上。”

编辑：HN008