宇宙线是来自外太空的高能粒子,其起源一直是一个迷。能够将粒子加速到拍电子伏特(PeV,1000万亿电子伏特)级别的极端天体,是破解宇宙线起源的关键之一。由一颗大质量恒星和一颗致密星(如中子星或恒星级黑洞)组成的“伽马射线双星”是潜在的宇宙线加速源,但在甚高能段(>0.1 TeV),已知的双星系统十分有限。近日,高海拔宇宙线观测站(LHAASO,拉索)科研团队首次探测到了银河系内伽马射线双星LS I +61° 303的超高能(>100 TeV,即100万亿电子伏特)伽马射线信号,并将相关成果发布在《物理评论快报》(PRL)上。
本研究充分利用了“拉索”的超高灵敏度和宽能段覆盖优势,首次将LS I +61° 303的观测能谱推至200TeV,认证了其为超高能伽马射线双星。另外,研究团队还发现该系统的辐射流强会随着其约26.5天的轨道周期发生变化,且这种“轨道调制”特征具有明显的能量依赖性。这一现象揭示了双星系统内部复杂的物理过程。在致密星靠近伴星时,尽管周围存在大量可用于碰撞的光子,但强磁场会使高能电子通过同步辐射迅速损失能量。这就意味着,传统的加速模型在如此狭小且强磁场的环境中,很难将电子加速到超高能段。团队探测到的>100 TeV光子强烈暗示,在系统轨道的特定阶段,可能是高能质子(强子)克服了重重阻碍,撞击周围致密的恒星风物质,从而产生了这些超高能伽马射线。(中科院高能物理研究所)