科学家们终于确定了银河系中一个将质子抛射至本星系最惊人能量的源头。这一发现可能有助于我们理解宇宙射线——那些在恒星之间穿梭、并在整个星系中引发骚动的超高速粒子。

宇宙射线主要是质子，夹杂少量电子。其中一些粒子的能量比我们人类建造的加速器所能达到的还要强大。位于瑞士和法国边境的大型强子对撞机可以使质子接近光速，但大自然自己的加速器显然更胜一筹。

由广岛大学领导的一个国际团队，通过结合地球上和太空中的三个主要天文台的观测结果，确认了这个银河系加速器。研究结果于2026年7月16日发表在《天体物理学杂志》上。

“这种巨大的能量使宇宙射线在天文学和天体物理学中具有重要意义。”广岛大学广岛天体物理科学中心的副教授、该研究的第一作者兼通讯作者水野恒文说。

宇宙射线的能量以电子伏特为单位——即电子电势增加一伏特时所获得的能量。顶级银河系宇宙射线的能量可以达到并超过一千万亿（10^15）电子伏特，即一皮电子伏特（PeV）。在PeV水平以上找到宇宙射线质子加速器——即质子PeV加速器——是现代天体物理学中最热门的课题之一。而他们找到了一个：一个先前被称为LHAASO J1912+1014u的天体。

质子PeV加速器是一种天然宇宙加速器，能将质子推过PeV阈值。发现这些天体很棘手，因为科学家必须将质子信号与超高能电子的信号区分开来。

西藏AS伽马实验（自1990年起由日本和中国合作）和中国的高海拔宇宙线观测站（LHAASO）已经探测到数十个能量超过0.1 PeV的伽马射线源。其中之一就是LHAASO J1912+1014u。伽马射线是电磁辐射中能量最高的形式，通常由宇宙射线粒子与周围环境碰撞产生，其能量通常约为产生它们的宇宙射线的十分之一。因此，产生低于PeV范围伽马射线的源是PeV加速器的主要候选者。早期研究表明，LHAASO J1912+1014u可能是一个脉冲星风云或大质量恒星爆炸后的残骸。

“然而，仅凭西藏AS伽马和LHAASO实验的数据无法明确识别质子PeV加速器，因为PeV宇宙射线电子也能产生较低能量的伽马射线。”水野说。有限的图像分辨率意味着研究人员无法判断伽马射线是由质子还是电子产生的。

这时，援军来了：费米大面积望远镜（Fermi-LAT，由NASA领导、广岛大学参与的任务）、野边山45米望远镜的FOREST无偏银河系平面巡天（FUGIN，由日本领导）以及NASA的钱德拉X射线天文台。LHAASO J1912+1014u于2024年在天鹰座被发现，靠近夏季大三角的著名恒星牛郎星。它最初被标记为超新星遗迹，但在出现超过100 TeV的辐射后，这一想法变得不确定。

“利用多个实验的数据，我们详细研究了LHAASO J1912+1014u。”水野说。这些天文台覆盖了从射电到伽马射线的广阔电磁波谱，使团队能够构建一个详细的多波长模型。

Fermi-LAT测量了接近千兆电子伏特（GeV，十亿电子伏特）的伽马射线。钱德拉提供了较低能量的X射线观测，FUGIN提供了更低能量的射电数据。结合LHAASO和其他实验的太电子伏特（TeV）观测，这些证据强烈表明LHAASO J1912+1014u是一个质子PeV加速器——并排除了其他解释。

三个关键发现证实了这一点。首先，伽马射线信号从超过100万亿电子伏特平滑延伸……