11月16日，国产科技期刊《国家科学评论》（英文版）与《科学通报》（英文版）发表了高海拔宇宙线观测站（以下简称“拉索”）研究团队在两项成果，解开了困扰科学界近70年的难题。

两项成果中，一项成果发现，“进食”的黑洞是能力超强的宇宙线加速器；另一项成果，刻画了宇宙线能谱的细节，表明“进食”的黑洞是银河系内宇宙线高能组分的主要贡献者。

“这为我们理解银河系宇宙线起源这个悬而未决的重大谜题带来了根本性的新认识。”美国威斯康星大学麦迪逊分校讲席教授、冰立方（IceCube）项目负责人弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen）说。

“‘拉索’的成果标志着银河系高能天体物理研究新纪元的开启。”西班牙巴塞罗那大学教授何塞普·马里亚·帕雷德斯（Josep Maria Paredes）说。

“拉索”新成果海报。中国科学院高能物理研究所供图

1912年，科学家发现了从天而降的神秘辐射——宇宙线。70年前，他们发现，千万亿电子伏特（拍电子伏特）左右能区的宇宙线数量会断崖式下降，这个结构因为形似人类的膝盖，被称为“膝”区。以往，宇宙线被认为来自超新星遗迹，然而，观测和理论都表明，超新星遗迹根本无法产生拍电子伏特的宇宙线，更无法用于解释“膝”区宇宙线数量骤减的问题。

此次，“拉索”团队瞄准了黑洞。黑洞是宇宙中最具吸引力的天体之一。处于双星系统中的黑洞，会吞噬伴星物质并向外产生喷流，这种“进食”的黑洞被称为“微类星体”。

基于“拉索”数据，中国科学院高能物理研究所、南京大学、中国科学技术大学、罗马第一大学等机构研究了5个微类星体，证实这种“进食”的黑洞就是将宇宙线加速到拍电子伏特的加速器。

“拉索”首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻院士介绍，“进食”的黑洞具有极高的质子加速能力，例如，微类星体SS 433能将质子加速到超过1拍电子伏特，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；微类星体V4641 Sgr则能将质子加速到10拍电子伏特。

但他表示，银河系中，微类星体加速粒子的能力依然是有限的。能将质子能量加速到10拍电子伏特者，少之又少，因此，人类测到的宇宙线能谱中，拍电子伏特能区宇宙线数量会骤降。

目前，“拉索”的新成果与过往研究共同表明，银河系内存在多种类的宇宙线加速源，每一类有各自独特的加速能力和能量范围，其中，中能区的宇宙线源是超新星遗迹，高能区的宇宙线源为微类星体。

与此同时，“拉索”还精细描绘了宇宙线数量骤降前后的细节。“以往，这一曲线被认为是从一条从很平的线，然后向下拐折。现在我们发现，它是一条先稍微向上，再向下拐折的曲线，像一个‘鼓包’。”曹臻表示，他们分析发现，“鼓包”因质子被加速而形成。

“‘拉索’的复合型探测器阵列设计，使我们从天体源端看到了微类星体的加速能力，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宇宙线能谱结构与微类星体关联起来。”曹臻说。

他表示，后续“拉索”还将积累更多观测证据，逐渐解决宇宙线起源问题。“拉索”发现的宇宙线加速机制，也将为人类设计新型高能加速器提供灵感。

“拉索”由中国科学家自主设计、建设并运行，在伽马天文探测与宇宙线精确测量方面具有高灵敏度，已持续产出具有全球影响力的突破性成果。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf496

https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.10.048