2026 年 7 月中旬,《天文物理學期刊》發表了一篇論文,讓我們更接近理解銀河系中高能宇宙射線的起源。該研究聚焦於 LHAASO J1912+1014u — 這是一個被認為是「PeVatron」的候選天體,有能力將粒子加速到 PeV(百萬億電子伏特)的能量。
一切始於中國高海拔高原上 LHAASO 觀測站的數據。其偵測器記錄到來自一個延伸源的能量超過 100 TeV 的伽瑪輻射,該源的位置與已知的 TeV 天體 HESS J1912+101 相符。這種超高能量的伽瑪射線通常是在被加速的宇宙射線與星際氣體原子碰撞時產生的。但主要的疑問仍然存在:這些是質子還是電子?電子(電子加速)和強子(質子加速)模型在非常高的能量下會產生相似的伽瑪能譜,但需要不同的條件。
為了釐清真相,由廣島大學的 Tsunefumi Mizuno 領導的一組天文學家,深入研究了 NASA 軌道伽瑪望遠鏡 Fermi-LAT 的檔案。他們分析了 15 年的觀測數據,涵蓋了從 400 MeV 到數百 GeV 的能量範圍。傳統的銀河系彌散背景模型在數據中留下了明顯的殘差,因此科學家們創建了一個改進版本。結果,在該源區域出現了一個清晰的輻射過量,具有堅硬的能譜(指數約為 2.1)。其空間位置與 LHAASO/H.E.S.S. 源的位置精確吻合。
關鍵一步是引入 FUGIN 的高精度數據 — 這是單氧化碳譜線的分子雲巡天。研究人員繪製了兩種可能的質量流速度分量(約 25 和 60 公里/秒)的氣體圖。這些模式完美地解釋了 GeV 輻射過量,證實了輻射確實是在質子與緻密雲碰撞中產生的。
當團隊構建從 GeV 到 TeV 的總體能譜時,電子加速的電子模型需要過於嚴苛的條件,並且與 X 射線輻射的上限不符。而質子加速的強子模型則能自然地契合數據。質子能譜的指數約為 2.2,而注入到其中的總能量估計為 (1–5)×10⁴⁹ 爾格,具體取決於距離。源附近有一個老化的脈衝星 PSR J1913+1011,它很可能為該系統提供能量。
這項工作是一個很好的例子,說明了耐心積累數據並綜合分析不同儀器的結果,如何能一步步揭示數百萬年來在我們銀河系中運行的機制。LHAASO 持續發現新的 PeVatron 候選天體,而類似的研究表明:其中許多很可能是在通過質子工作的。我們正越來越接近理解,自然界在何處以及如何將粒子加速到即使是地球上最強大的加速器也無法企及的能量。


