拉索測量宇宙線膝區質子能譜以封面文章形式在《Science Bulletin》上發布。受訪者供圖

（香港文匯網記者 劉凝哲 北京報道）2025年11月16日，高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，拉索）發布兩項具有里程碑意義的科學成果，分別發表於《National Science Review》與《Science Bulletin》，由中國科學院高能物理研究所、南京大學、中國科學技術大學、羅馬第一大學等機構完成。觀測發現：1）黑洞吸積驅動的微類星體是銀河系中強大的粒子加速器，能夠將質子加速至拍電子伏（PeV）能段；2）宇宙線質子能譜「膝區」顯現超出預期的高能組分，黑洞正是其最可能的候選源天體。這一發現不僅揭示了宇宙線起源的關鍵機制，也為理解黑洞系統的極端物理過程開闢了一條新途徑。

拉索破解宇宙線「膝」形成之謎。受訪者供圖

浩渺星空蘊藏無盡奧秘。在廣闊的宇宙中，無數以近光速飛行的微觀粒子穿梭不息——人們稱之為宇宙線。宇宙線自從發現以來，通過空間和地面的實驗探測，科學家們繪製出了跨越11個數量級的宇宙線全粒子能譜。在能譜圖上，3拍電子伏特能量附近出現了一個獨特的拐折結構，因形似人的膝蓋，被稱為「膝」結構。儘管這一現象已被發現近70年，但其物理成因至今仍是未解之謎。要探究這一難題，精確測量宇宙線中不同單元素成分的能譜及其「膝」結構至關重要。其中，作為宇宙線中最輕的核成分，質子的能譜測量更是關鍵所在。

「膝」區質子能譜的精確測量始終是宇宙線研究領域面臨的關鍵技術挑戰。對於空間探測器而言，主要受限於有效探測面積，對於通量極低的「膝」區宇宙線探測過程如同大海撈針；而地面探測器則面臨大氣層干擾的難題，難以從眾多的宇宙線混合成分中有效分離出質子信號。

拉索測得的「膝區」宇宙線質子能譜（紅點）與AMS-02測得的低能組分（黑色方塊）、「悟空號」測得的中能組分（藍色方塊）一起，揭示了銀河系內存在多種類的加速源，每一類有各自獨特的加速能力和能量範圍，而「膝」正是產生高能組分的源的加速極限表現。受訪者供圖

拉索團隊通過創新性設計，巧妙利用當前最先進的「膝」區宇宙線觀測裝置，構建了兩個高成分敏感參數，成功實現了大統計量、高純度質子樣本的精確甄別。基於此，團隊突破性地完成了對「膝」區質子能譜的精確刻畫，並首次發現了超出預期的高能組分能譜結構。這一發現與AMS觀測到的低能組分、「悟空號」探測到的中能組分共同揭示了銀河系內存在多種類型的宇宙線加速源。這些加速源具有各自獨特的加速機制和能量範圍，而質子能譜「膝」區結構正是其中一類加速源達到其加速極限的表現。

位於海拔4410米高原的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）。受訪者供圖

中國科學家自主設計、建設並運行的拉索，其複合型探測器陣列設計不僅實現了對太陽系附近宇宙線粒子的高精度測量，還通過超高能伽馬射線的探測，巡天普查宇宙射線的起源天體。尤為關鍵的是，拉索已成功探測到5個微類星體，其超高能光子譜測量結果表明，這些天體具有遠超超新星遺蹟的粒子加速能力，能夠產生能量突破「膝」區的高能宇宙線, 從而自然的解釋我們測量到的質子高能組分能譜結構。通過精確測量宇宙線質子能譜並發現超高能伽馬射線源，拉索正逐步構建起一個從微觀粒子到宏觀天體的完整科學圖景。這一突破性進展不僅為破解困擾學界近70年的「膝區成因」難題提供了關鍵性觀測證據，更為揭示黑洞在宇宙線起源中的核心作用奠定了堅實的觀測基礎。

美國威斯康星大學麥迪遜分校講席教授、IceCube項目負責人弗朗西斯·哈爾岑（Francis Halzen）表示，此次發表的成果「為我們理解銀河系宇宙線的起源這個懸而未決的重大謎題帶來了根本性的新認識。」專家表示，憑藉在伽馬天文探測與宇宙線精確測量兩方面的高靈敏度，拉索在高能伽馬射線天文和宇宙線物理領域處於領先地位，且持續取得具有全球影響力的突破性成果。這些成就彰顯了中國在基礎科學研究領域的創新實力，體現了中國智慧對人類文明的貢獻，尤其是在對宇宙極端物理過程的認知層面。而這只是中國深度參與科學研究的一個縮影：即便在遠離日常生活的自然科學前沿領域，中國也在積極作為。通過打造世界級平台、組建國際團隊、推動人類認知邊界不斷拓展，中國正為全球科學事業作出重要貢獻。