11月16日，高海拔宇宙线观测站（LHAASO，拉索）发布两项具有里程碑意义的科学成果，分别发表于《National Science Review》与《Science Bulletin》。该研究由中国科学院高能物理研究所、南京大学、中国科学技术大学、罗马第一大学等机构共同完成。此次拉索的发现，不仅揭示了宇宙线起源的关键机制，也为理解黑洞系统的极端物理过程打开了新窗口。

黑洞：宇宙中强大的粒子加速器

提到黑洞，大家可能只知道它能“吞噬”周围物质。本次研究发现，当黑洞处于双星系统中，吸积伴星物质时，会产生相对论性喷流，进而形成“微类星体” 。拉索首次系统性地探测到来自SS 433、V4641 Sgr、GRS 1915+105、MAXI J1820+070与Cygnus X-1等五个微类星体的超高能伽马射线。

其中，SS 433的超高能辐射与周围巨型原子云重合，这强烈暗示其辐射来自被黑洞系统加速的高能质子与物质的碰撞。分析显示，该系统加速的质子能量超过1 PeV（拍电子伏），总功率高达约每秒1032焦耳，这相当于每秒释放四百万亿颗“沙皇”氢弹（人造最强炸弹）的能量 。而V4641 Sgr的伽马射线能量达到0.8 PeV，表明其是又一个“超级PeV粒子加速器”，即产生这些伽马射线的父辈粒子能量超过10 PeV 。

此前，科学家们一直认为银河系内的超新星遗迹是宇宙线源，但观测和理论都表明，它们无法将宇宙线加速到宇宙线“膝”及以上的高能量。而拉索的发现，让微类星体成为银河系内重要的PeV粒子加速器，解决了这一长期困扰科学家的难题。

精确测量宇宙线质子能谱，破解“膝区”之谜

在宇宙线能量分布图上，有一个关键转折点，因其形状类似人的膝盖，被称为“膝”，大约在3 PeV处。在“膝”这个位置，能量更高的宇宙线数量会急剧减少。近70年前“膝”被发现以来，其成因一直是个谜，科学家们只是猜测这是加速源天体加速能力达到极限所致，表现为宇宙线能谱从一个简单的“幂律谱”转换为另一个简单的幂律谱。

要真正理解“膝”的成因，精确测量宇宙线各成分的能谱及各自的“膝”至关重要，首先就是要测量最轻的原子核——质子的能谱分布。然而，“膝区”的宇宙线非常稀少，卫星探测器面积有限，探测难度极大，就像大海捞针；地面实验又受大气层干扰，很难从大量其他原子核产生的事例中清晰识别出质子。长期以来，这一测量任务被认为几乎不可能完成。

拉索测得的“膝区”宇宙线质子能谱（红点）与AMS-02测得的低能组分（黑色方块）、“悟空号”测得的中能组分（蓝色方块）一起，揭示了银河系内存在多种类的加速源，每一类有各自独特的加速能力和能量范围，而“膝”正是产生高能组分的源的加速极限表现。

拉索凭借其强大的地面观测装置，采用多参数测量技术，成功筛选出大统计量的高纯度质子样本，精确测量了质子能谱，精度甚至可媲美卫星实验。这一突破性测量揭示了完全超出预期的能谱结构，清晰展现出一个新的“高能组分”，而非简单的幂律转换 。拉索的新结果与AMS - 02测得的低能组分、“悟空号”测得的中能组分相结合，揭示了银河系内存在多种类的加速源，每一类都有各自独特的加速能力和能量范围，而“膝”正是产生高能组分的源的加速极限表现。

此次研究表明，PeV能段的宇宙线质子主要来自微类星体这类“新源”，它们的加速极限明显高于超新星遗迹，能够产生超过“膝”的高能宇宙线。这两项成果相互印证，构建出一个完整的科学图景，不仅为解决困扰学界近70年的“膝区成因”难题迈出了关键一步，也为理解黑洞在宇宙线起源中的作用提供了重要的观测证据。

拉索的复合型探测器阵列设计，使我们既能够通过超高能伽马射线探测宇宙射线的源天体，也能够对太阳系附近的宇宙线粒子进行精确测量，既从天体源端看到了PeV能量的加速能力，又从宇宙线端看到了这类源所贡献的能谱特征。这是第一次在观测上将“膝”结构与具体类型的天体——黑洞喷流系统关联起来。

高海拔宇宙线观测站由中国科学家自主设计、建设并运行。凭借在伽马天文探测与宇宙线精确测量两方面的高灵敏度，该观测站在高能伽马射线天文和宇宙线物理领域处于领先地位，且持续取得具有全球影响力的突破性成果。这些成就彰显了中国在基础科学研究领域的创新实力，体现了中国智慧对人类文明的贡献，尤其是在对宇宙极端物理过程的认知层面。而这只是中国深度参与科学研究的一个缩影：即便在远离日常生活的自然科学前沿领域，中国也在积极作为。通过打造世界级平台、组建国际团队、推动人类认知边界不断拓展，中国正为全球科学事业作出重要贡献。

何以是拉索？

拉索独特的复合型探测器阵列设计，使其既能通过超高能伽马射线探测宇宙射线的源天体，又能对太阳系附近的宇宙线粒子进行精确测量。这是人类首次在观测上将“膝”结构与具体类型的天体——黑洞喷流系统关联起来。

拉索由中国科学家自主设计、建设并运行。凭借在伽马天文探测与宇宙线精确测量两方面的高灵敏度，该观测站在高能伽马射线天文和宇宙线物理领域处于世界领先地位，且持续取得具有全球影响力的突破性成果。这些成就彰显了中国在基础科学研究领域的创新实力，体现了中国智慧对人类文明的贡献，尤其是在对宇宙极端物理过程的认知层面。

中国通过打造世界级科研平台、组建国际团队，正积极推动人类认知边界不断拓展，为全球科学事业作出重要贡献。（记者 宋雅娟）