5月17日，國家重大科技基礎設施“高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）”發布最新成果：在銀河系內發現大量超高能宇宙加速器，并記錄到能量達1.4拍電子伏(PeV)的伽馬光子（拍=千萬億），這是人類觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統認知，開啟了“超高能伽馬天文學”時代。

這次報道的成果是基于已經建成的1/2規模探測裝置不到一年的觀測數據，把人類2019年才首次探測到“超高能”伽馬射線源數量提升到了12個，突破了過去對銀河系內的宇宙線加速器極限就在拍電子伏附近的預言，開啟了“超高能伽馬天文”觀測時代，表明年輕的大質量星團、超新星遺跡、脈沖星風云等是銀河系內加速超高能宇宙線的最佳候選天體，有助于破解宇宙線起源這個“世紀之謎”。LHAASO的結果表明，科學家們需要重新認識銀河系高能粒子的產生、傳播機制，進一步研究極端天體現象及其相關的物理過程，并在極端條件下檢驗基本物理規律。

該研究工作由中國科學院高能物理研究所牽頭的LHAASO國際合作組完成，這些發現將于北京時間2021年5月17日23時發表在《自然》（Nature）。

由于“拍電子伏宇宙加速器（PeVatron）”周圍產生的“超高能伽馬光子”信號非常弱，即便是天空最為明亮且被稱為“伽馬天文標準燭光”的蟹狀星云，發射出來的能量超過1 PeV的光子在一年內落在一平方公里的面積上也就1到2個，而這1到2個光子還被淹沒在幾萬個通常的宇宙線事例之中。LHAASO的平方公里探測陣列內的1188個繆子探測器專門用于排除非光子信號，使之成為全球最靈敏的超高能伽馬射線探測器。借助這前所未有的靈敏度，1/2規模的LHAASO探測裝置僅用了11個月就探測到并證認了來自蟹狀星云的約1 PeV的伽馬光子。不僅如此，LHAASO探測裝置還在銀河系內發現了12個類似的源，他們都具有超高能光子輻射，其能譜穩定地延伸到PeV附近，其中探測到的伽馬光子的最高能量達到創紀錄的1.4 PeV。

“這表明銀河系內大量存在可將宇宙線加速到1PeV的‘拍電子伏特宇宙線加速器’，它們都是超高能宇宙線源的候選者，這就向著解決宇宙線起源這一科學難題邁出了重要一步?！敝锌圃焊吣芪锢硌芯克芯繂T曹臻說。

由此可見，LHAASO的此次科學成果在宇宙線起源的研究進程中具有里程碑意義，具體來說有以下三個方面的科學突破：

1） 揭示了銀河系內普遍存在能夠將粒子能量加速超過1 PeV的宇宙加速器。

人類在地球上建造的最大加速器（歐洲核子研究中心的LHC）只能將粒子加速到0.01拍電子伏。銀河系內的宇宙線加速器存在能量極限是個“常識”，過去預言的極限就在拍電子伏附近，從而預言的伽馬射線能譜在0.1 拍電子伏附近會有“截斷”現象。

此次LHAASO的觀測結果突破了當前流行的理論模型所宣稱的銀河系宇宙線加速PeV能量極限。同時，LHAASO發現銀河系內大量存在PeV宇宙加速源，也向著解決宇宙線起源這一科學難題邁出了至關重要的一步。

2）開啟“超高能伽馬天文學”時代。隨著LHAASO的建成和持續不斷的數據積累，可以預見這一最高能量的天文學研究將給我們展現一個充滿新奇現象的未知的“超高能宇宙”，為探索宇宙極端天體物理現象提供豐富的數據。

由于宇宙大爆炸產生的背景輻射無所不在，它們會吸收高于1 PeV的伽馬射線。到了銀河系以外，即使產生了PeV伽馬射線，由于背景輻射光子的嚴重吸收，我們也接受不到這些PeV伽馬射線。LHAASO打開銀河系PeV輻射探測窗口，對于研究遙遠的宇宙也具有特殊意義。

3）PeV光子的探測是伽馬天文學的一座里程碑，承載著伽馬天文界的夢想，長期以來一直是伽馬天文發展的強大驅動力。此次發現中，能量超過1 PeV的伽馬射線光子首現天鵝座區域和蟹狀星云，研究意義重大。

天鵝座恒星形成區是銀河系在北天區最亮的區域，擁有多個大質量恒星星團，大質量恒星的壽命只有幾百萬年，因此星團內部充滿了恒星生生死死的劇烈活動，具有復雜的強激波環境，是理想的宇宙線加速場所，被稱為“粒子天體物理實驗室”。LHAASO在天鵝座恒星形成區首次發現PeV伽馬光子，使得這個本來就備受關注的區域成為尋找超高能宇宙線源的最佳天區。這個區域將是LHAASO以及相關的多波段、多信使天文觀測設備關注的焦點，有望成為解開“世紀之謎”的突破口。

歷史上對蟹狀星云大量的觀測研究，使之成為幾乎唯一具有清楚輻射機制的標準伽馬射線源，跨越22個量級的光譜精確測量清楚地表明其電子加速器的標志性特征。然而，LHAASO測到的超高能光譜，特別是PeV能量的光子，嚴重挑戰了這個高能天體物理的“標準模型”，甚至于對更加基本的電子加速理論提出了挑戰。

高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）是以宇宙線觀測研究為核心的國家重大科技基礎設施，位于四川省稻城縣海拔4410米的海子山，占地面積約1.36平方公里，目前仍處在建設中。計劃于2021年，LHAASO陣列將全部建成，成為國際領先的超高能伽馬探測裝置，投入長期運行，從多個方面展開宇宙線起源的探索性研究。

在此次的成果發現中，LHAASO開發了遠距時鐘同步技術、多種觸發模式并行等尖端技術、硅光電管的首次大規模使用、超大光敏面積微通道板光電倍增管等先進探測技術，大大提高了伽馬射線測量的空間分辨率，達到了更低的探測閾能，使人類在探索更深的宇宙、更高能量的射線等方面，都達到前所未有的水平。LHAASO也為開展大氣、環境、空間天氣等前沿交叉科學研究提供了重要實驗平臺，并成為多邊國際合作共同開展高水平研究的科學基地。