银河系神秘天体将质子加速到千万亿电子伏特以上

宇宙射线主要由质子组成，少数为电子，其中一些粒子的能量远超人类建造的大型强子对撞机（LHC）所能达到的水平。长期以来，天文学家一直在寻找银河系中能将质子加速至‘拍电子伏’（PeV，即10¹⁵电子伏）以上的天然加速器，这类天体被称为‘质子PeVatron’。2024年发现的源LHAASO J1912+1014u位于天鹰座（靠近夏季大三角中的亮星河鼓二），早期曾被推测为超新星遗迹或脉冲星风云，但因探测到高于100太电子伏（TeV）的伽马射线而引发新猜想。本次研究由广岛大学主导，联合中国西藏ASγ实验、高海拔宇宙线观测站（LHAASO）、美国费米大面积望远镜（Fermi-LAT）、日本野边山45米射电望远镜开展的FUGIN巡天，以及钱德拉X射线天文台，实现了从射电、X射线到GeV、TeV、PeV伽马射线的全波段协同观测。研究人员构建了精细的多波段辐射模型，并通过三项关键证据确认其为质子PeVatron：第一，伽马射线谱跨越超宽能量范围（从4亿电子伏到100万亿电子伏以上），平滑连续，不符合电子加速主导的典型特征；第二，GeV伽马射线空间分布与FUGIN观测到的星际气体分布高度吻合，符合高能质子撞击气体产生伽马射线的物理机制；第三，钱德拉望远镜仅探测到极微弱的弥散X射线辐射，而若以电子为主，则应产生更强X射线信号。这三组独立数据相互印证，共同指向质子加速过程。该成果不仅首次确证一个银河系质子PeVatron，还为理解其加速机制和母天体类型（如超新星遗迹、年轻星团等）提供了关键线索。研究团队正计划系统普查银河系内其他数十个候选源，以揭示PeVatron在宇宙中的普遍性与多样性。