PSR J1849-0001区域伽马射线的能谱（即光子数量随能量的变化图），蓝色点和红色点分别表示拉索两个子阵列的测量结果。作为参照，灰色虚线代表蟹状星云的能谱。两者在PeV能量附近流量相当，而PSR J1849-0001比蟹状星云距地球更远，可推出其PeV光度比蟹状星云高出约一个数量级。

国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站（LHAASO，以下简称“拉索”）在天鹰座发现PSR J1849-0001驱动的脉冲星风云的拍电子伏（PeV，1015eV）伽马辐射，揭示该天体对粒子的加速效率逼近甚至超过理想磁流体条件下允许的理论极限，对经典脉冲星风云的粒子加速理论提出严峻挑战。相关论文于近日发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy），通信作者为南京大学研究员柳若愚、博士汪凯、博士生童超男，以及中国科学院高能物理研究所研究员陈松战和副研究员王玲玉。

天府宇宙线研究中心供图    

脉冲星风云是宇宙中高速旋转的磁化中子星——脉冲星向周围空间吹出的接近光速的带电粒子风，与周边介质猛烈撞击后形成的壮观高能天体。长期以来，银河系内自转减慢光度最高的脉冲星驱动的蟹状星云（Crab Nebula），一直被视为高能天体物理中的标准烛光。此前，拉索已经通过探测到来自蟹状星云的PeV伽马射线，推定其中粒子加速效率至少达到理论极限的16%，确立了其作为极端拍电子伏粒子加速器（PeVatron）的地位，引起学界广泛关注与讨论，被称为在伽马射线波段蟹状星云的两大惊奇发现之一。

此次拉索的研究聚焦于另一个脉冲星风云系统PSR J1849-0001上。PSR J1849-0001位于天鹰座，其自转减慢光度比蟹状星云脉冲星低了约50倍。在传统的脉冲星风云演化与辐射模型中，较低的注入光度通常对应着较弱的高能辐射光度。然而，拉索能谱测量的结果显示，该天体系统的伽马射线能谱不仅以幂律形式延伸到2 PeV，其PeV能段的伽马射线光度甚至比蟹状星云高出数倍。这表明该系统在将脉冲星风的能量转化为超高能粒子方面，具有令人难以置信的效率。研究团队结合了X射线等多波段的观测结果，对该脉冲星风云内部的物理参数给出了严格的约束，并指出星云内部的粒子加速效率至少达到理论极限的27%，已经超过了蟹状星云的限制（如果粒子是在传统模型预期的终止激波处被加速到观测所需的能量，则要求粒子加速效率必须超过100%）。这一结果直接挑战了脉冲星风云中现在的粒子加速理论。因此该脉冲星风云也因其惊人的粒子加速效率被称为“天鹰助推器（Aquila Booster）”。

拉索的这项发现不仅为银河系内的PeVatron候选体增加了一个极具研究价值的新案例，还揭示了在一个看似并不占优势的脉冲星系统里，宇宙依然巧妙地打造出了一台近乎超常发挥的极端粒子加速器。这暗示着如此极端的粒子加速效率可能并不局限于蟹状星云这一相当特殊的天体，而是脉冲星风云这类天体所共有的特征。该发现为完善脉冲星风云的理论图景提供了重要线索，并将推动理论天体物理学家重新审视相对论性等离子体中的粒子加速机制及基本物理过程。