近(jin)日(ri)
，科(ke)學(xue)家(jia)利(li)用(yong)位(wei)於(yu)非(fei)洲(zhou)納(na)米(mi)比(bi)亞(ya)的(de)伽(jia)馬(ma)射(she)線(xian)天(tian)文(wen)台(tai)，首(shou)次(ci)觀(guan)測(ce)到(dao)新(xin)星(xing)產(chan)生(sheng)的(de)衝(chong)擊(ji)波(bo)撕(si)裂(lie)了(le)其(qi)周(zhou)圍(wei)的(de)介(jie)質(zhi)
，將(jiang)粒(li)子(zi)拉(la)扯(che)在(zai)一(yi)起(qi)並(bing)加(jia)速(su)到(dao)極(ji)高(gao)能(neng)量(liang)
，此(ci)次(ci)觀(guan)測(ce)到(dao)的(de)伽(jia)馬(ma)射(she)線(xian)，能(neng)量(liang)高(gao)達(da)1012電子伏特，新星“蛇夫座RS”甚至可使粒子加速至理論極限速度。相關研究成果發表在國際學術期刊《科學》上。

“這項研究揭示了新星是甚高能（能量大於1011電子伏特）宇宙線加速器。”中國科學院高能物理研究所研究員陳鬆戰在接受科技日報記者采訪時表示
，未來
，可產生1012電(dian)子(zi)伏(fu)特(te)伽(jia)馬(ma)射(she)線(xian)的(de)新(xin)星(xing)將(jiang)會(hui)成(cheng)為(wei)地(di)麵(mian)探(tan)測(ce)裝(zhuang)置(zhi)的(de)重(zhong)要(yao)研(yan)究(jiu)目(mu)標(biao)。作(zuo)為(wei)宇(yu)宙(zhou)線(xian)加(jia)速(su)器(qi)
，新(xin)星(xing)還(hai)是(shi)一(yi)種(zhong)理(li)想(xiang)的(de)天(tian)體(ti)物(wu)理(li)實(shi)驗(yan)室(shi)，可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)檢(jian)驗(yan)激(ji)波(bo)加(jia)速(su)粒(li)子(zi)的(de)現(xian)有(you)理(li)論(lun)。

加速能力弱而激波演變快

宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子流，廣義的宇宙線由各種原子核以及非常少量的電子、光子和中微子等組成，狹義的宇宙線主要是指強子。

宇宙線也被稱作“銀河隕石”、傳遞宇宙大事件的“信使”。這是因為宇宙線本身就是組成宇宙天體的物質成分
，攜帶著宇宙起源
、天體演化的寶貴信息來到地球。

“能夠產生高能宇宙粒子（包括強子和電子）的天體

，被統稱為宇宙粒子加速器。其中，能夠產生強子的天體被稱為宇宙線加速器。”陳鬆戰表示
，迄今為止，人們觀測到的宇宙線的最高能量已達到1020電子伏特，是目前人類最大的粒子加速器——歐洲核子中心大型強子對撞機（LHC）所能加速粒子能量的1000萬倍。

1912年
，奧地利科學家赫斯發現宇宙線，開辟了基本粒子研究的新領域，赫斯也因此獲得了諾貝爾物理學獎。2004年
，宇宙線起源及其加速機製

，被確定為新世紀11個“世紀謎題”之一

，科學家為此展開深入研究
，希望能夠揭開宇宙線的身世之謎。

百年後的今天，人類對於宇宙線又有哪些新的認知

？

宇yu宙zhou線xian很hen難nan被bei追zhui根gen溯su源yuan。陳chen鬆song戰zhan表biao示shi，宇yu宙zhou線xian主zhu要yao是shi帶dai電dian粒li子zi
，在zai宇yu宙zhou空kong間jian飛fei行xing時shi會hui受shou星xing際ji磁ci場chang影ying響xiang發fa生sheng偏pian轉zhuan，逐zhu漸jian偏pian離li最zui初chu的de方fang向xiang。因yin此ci
，根gen據ju地di球qiu上shang觀guan測ce到dao的de宇yu宙zhou線xian到dao達da地di球qiu的de方fang向xiang，很hen難nan反fan推tui出chu宇yu宙zhou線xian發fa射she源yuan的de方fang向xiang。

好在宇宙線中的伽馬射線給科學家留了“一扇窗”。宇(yu)宙(zhou)線(xian)會(hui)與(yu)其(qi)誕(dan)生(sheng)處(chu)附(fu)近(jin)的(de)星(xing)際(ji)氣(qi)體(ti)碰(peng)撞(zhuang)產(chan)生(sheng)中(zhong)性(xing)的(de)高(gao)能(neng)伽(jia)馬(ma)射(she)線(xian)，伽(jia)馬(ma)射(she)線(xian)是(shi)由(you)高(gao)能(neng)光(guang)子(zi)組(zu)成(cheng)的(de)粒(li)子(zi)流(liu)，與(yu)帶(dai)電(dian)粒(li)子(zi)不(bu)同(tong)，光(guang)子(zi)的(de)傳(chuan)播(bo)不(bu)受(shou)磁(ci)場(chang)影(ying)響(xiang)
，因(yin)此(ci)伽(jia)馬(ma)射(she)線(xian)在(zai)宇(yu)宙(zhou)空(kong)間(jian)沿(yan)直(zhi)線(xian)傳(chuan)播(bo)。“通過探測伽馬射線，就可以直接找到其父輩帶電粒子的加速源頭。”他說。

據了解，科學家已經發現了200個甚高能伽馬射線源
，但它們隻能被稱為宇宙線源候選體
，因為除宇宙線外

，電子也會產生伽馬射線。

加速機製符合主流理論模型

陳鬆戰指出，目前粒子天體物理學最核心的問題，是尋找能夠加速強子到1015電子伏特及以上的宇宙線加速器。

在zai加jia速su機ji製zhi方fang麵mian，陳chen鬆song戰zhan表biao示shi，宇yu宙zhou粒li子zi加jia速su器qi是shi如ru何he加jia速su粒li子zi的de，仍reng然ran是shi目mu前qian科ke學xue研yan究jiu中zhong的de前qian沿yan問wen題ti，已yi經jing知zhi道dao的de是shi，不bu同tong種zhong類lei天tian體ti的de加jia速su機ji製zhi可ke能neng不bu同tong
，但dan是shi新xin星xing
、超新星及其遺跡為同類天體，其加速機製是一樣的。

普遍認為
，粒子是由新星
、超(chao)新(xin)星(xing)及(ji)其(qi)遺(yi)跡(ji)拋(pao)出(chu)的(de)高(gao)速(su)物(wu)質(zhi)與(yu)周(zhou)圍(wei)介(jie)質(zhi)碰(peng)撞(zhuang)產(chan)生(sheng)的(de)激(ji)波(bo)加(jia)速(su)的(de)，粒(li)子(zi)反(fan)複(fu)穿(chuan)越(yue)激(ji)波(bo)麵(mian)逐(zhu)步(bu)獲(huo)得(de)能(neng)量(liang)
，這(zhe)就(jiu)是(shi)耗(hao)散(san)激(ji)波(bo)加(jia)速(su)理(li)論(lun)。陳(chen)鬆(song)戰(zhan)說(shuo)，這(zhe)是(shi)目(mu)前(qian)已(yi)知(zhi)的(de)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)的(de)粒(li)子(zi)加(jia)速(su)機(ji)製(zhi)，它(ta)可(ke)以(yi)將(jiang)激(ji)波(bo)約(yue)10%的機械能轉化為被加速粒子的能量。

宇宙粒子加速器主要有超新星爆發及其遺跡星雲
、脈衝星
、伽馬射線暴、年輕大質量星團
、活動星係核等。一般認為能量在1015電子伏特及以下的宇宙線，來源於銀河係內天體，而更高能量的宇宙線來源於銀河係外天體。

此前觀測研究已表明
，新星為GeV（10億電子伏特）宇宙粒子加速器，其加速粒子能力比上文提到的幾種天體弱很多。所以，在地麵伽馬探測器觀測中很難被探測到。

陳鬆戰表示，此次最新研究是地麵探測器首次觀測到來源於新星的
、能量大於1011電子伏特的伽馬輻射，而宇宙線能量一般是其次級伽馬光子能量的10倍

，所以通過探測到1012電子伏特的伽馬射線，證明了新星能夠加速宇宙線粒子到1013電子伏特，也就是說
，新星成為了TeV（萬億電子伏特）宇宙線加速器。“盡管如此，新星其實還是相對比較弱的宇宙線加速器。”他解釋說，從能量上看，TeV與PeV（千萬億電子伏特）相比能量有些低
；從宇宙線的流強（每秒每平方米到達地球上的宇宙線數目）上看，新星產生的宇宙線遠少於地球觀測到宇宙線的總量。

那(na)麼(me)，新(xin)星(xing)作(zuo)為(wei)宇(yu)宙(zhou)線(xian)加(jia)速(su)器(qi)
，其(qi)加(jia)速(su)機(ji)製(zhi)是(shi)怎(zen)樣(yang)的(de)？陳(chen)鬆(song)戰(zhan)表(biao)示(shi)，新(xin)星(xing)一(yi)般(ban)產(chan)生(sheng)於(yu)由(you)白(bai)矮(ai)星(xing)和(he)普(pu)通(tong)恒(heng)星(xing)組(zu)成(cheng)的(de)雙(shuang)星(xing)係(xi)統(tong)中(zhong)，是(shi)由(you)吸(xi)積(ji)在(zai)白(bai)矮(ai)星(xing)表(biao)麵(mian)的(de)氫(qing)被(bei)白(bai)矮(ai)星(xing)高(gao)溫(wen)加(jia)熱(re)造(zao)成(cheng)劇(ju)烈(lie)的(de)核(he)子(zi)爆(bao)炸(zha)現(xian)象(xiang)，爆(bao)炸(zha)時(shi)拋(pao)出(chu)的(de)高(gao)速(su)物(wu)質(zhi)與(yu)伴(ban)星(xing)星(xing)風(feng)碰(peng)撞(zhuang)產(chan)生(sheng)強(qiang)激(ji)波(bo)，激(ji)波(bo)可(ke)以(yi)加(jia)速(su)粒(li)子(zi)。

“新星最大的特點是輻射存在快速演化現象，在‘天’的de時shi間jian尺chi度du上shang存cun在zai顯xian著zhu變bian化hua，而er超chao新xin星xing爆bao炸zha形xing成cheng的de激ji波bo會hui持chi續xu萬wan年nian。所suo以yi說shuo，新xin星xing可ke以yi作zuo為wei理li想xiang的de天tian體ti物wu理li實shi驗yan室shi，來lai檢jian驗yan現xian有you的de激ji波bo加jia速su粒li子zi理li論lun。”陳鬆戰說。

觀測結果符合理論最高加速能量

是什麼樣的天體在加速宇宙線？粒子是如何被加速到極端高能的
？這是新世紀科學家需要解答的宇宙難題之一。

此次最新研究中
，科學家給出的理論預期最高能量為1013電子伏特。陳鬆戰表示，這項研究中的宇宙粒子加速器的理論極限
，其實是根據耗散激波加速理論估計的粒子最高加速能量得出的。

粒子能獲得的最高能量受激波的速度、存在時間及對粒子的束縛能力等條件限製。耗散激波加速理論根據拋出物的速度

、質量及其周圍介質的密度等條件，對加速粒子的最高能量進行估計。

kexuejiagenjuguancedaojiamashexiandezuigaonenglianglaifantuichuqifubeilizidenengliang，yejiushizaixinxingjibozhongjiasulizidenengliang，zhegenengliangyuhaosanjibojiasulilunyuqidezuigaonengliangxiangdang。

我國四川稻城縣高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）的主要科學目標，就是通過探測能量在1014電子伏特以上的伽馬射線，尋找能夠加速1015電子伏特粒子的宇宙線加速器。超新星爆發及其遺跡星雲能否加速宇宙線至1015電子伏特

？這將需要LHAASO來探索和回答。

2021年
，根據LHAASO的首批探測數據
，科學家取得了重要的研究進展——發現了首批1015電子伏特宇宙粒子加速器


，並觀測到1400萬億電子伏特的迄今最高能量光子。

“長chang久jiu以yi來lai，超chao新xin星xing爆bao發fa及ji其qi遺yi跡ji被bei認ren為wei是shi銀yin河he係xi內nei宇yu宙zhou線xian的de主zhu要yao加jia速su源yuan
，根gen據ju觀guan測ce驗yan證zheng，隻zhi有you大da質zhi量liang星xing產chan生sheng的de超chao新xin星xing爆bao發fa才cai可ke能neng加jia速su粒li子zi至zhi1015電子伏特能量。”陳鬆戰說。