记者11月16日从中国科学院高能物理研究所获悉，位于甘孜州稻城县的高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）首次系统性探测到五个由黑洞和伴星相互作用形成的微类星体的超高能伽马射线信号，产生这些辐射的粒子能量处于宇宙线能谱的“膝”区。此次研究由中国科学院高能物理研究所牵头的国际研究团队完成，相关论文成果在国际学术期刊《国家科学评论》（英文版）和《科学通报》（英文版）上发表。

高能伽马射线源，被认为是宇宙线起源线索。“膝”是宇宙线的能谱（宇宙线数量在粒子能量上的分布）在3千万亿电子伏附近呈现出的一个拐折结构，形状类似人体膝关节。“膝”及以上能量更高的宇宙线数量急剧减少。这一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。

据介绍，黑洞是宇宙中最具吸引力的神秘天体之一，处于双星系统中的黑洞在吸积伴星物质时可产生相对论性喷流，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，强烈暗示来自于被黑洞加速的高能质子与物质的碰撞。分析表明该系统加速的质子能量超过1 PeV，总功率高达约每秒1032焦耳，相当于每秒释放四百万亿颗人造最强炸弹——“沙皇”氢弹的能量。而来自V4641 Sgr的伽马射线能量达到0.8 PeV，成为又一个“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。这使得微类星体成为银河系内非常重要的一类PeV粒子加速器，解决了困扰科学家多年的一个难题：银河系内公认的宇宙线源是超新星遗迹，但观测和理论都发现它们无力将宇宙线加速到宇宙线“膝”及以上的高能量。

“拉索”首席科学家、中国科学院院士曹臻介绍，近70年前科学家发现“膝”以来，一直未弄清其成因，只是被猜测为加速源天体加速能力极限所致，呈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”。要真正理解这个问题，必须精确测量宇宙线各成分的能谱及各自的“膝”。首先是最轻的原子核——质子的能谱分布。然而，“膝区”的宇宙线稀少，卫星探测器面积有限，探测如同大海捞针；地面实验受大气层干扰，很难清晰地将质子从大量其他原子核产生的事例中识别出来。长期以来，这一测量是公认不可能完成的任务。拉索巧妙利用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，从而精确测量其能谱，精度媲美卫星实验。这一突破性的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。

质子能谱的复杂结构表明，PeV能段的宇宙线质子主要来自微类星体这类“新源”，它们具有明显高于超新星遗迹的加速极限，能够产生超过“膝”的高能宇宙线。两项成果相互印证，构建起一个完整的科学图景。这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。