【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，我國重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——高海拔宇宙線觀測站(LHAASO，拉索)在銀河系內(nèi)多個黑洞X射線雙星周邊首次探測到能量高達(dá)百萬億電子伏特(=1014eV或100TeV)之上的超高能伽馬射線輻射，包括SS 433、V4641 Sgr、GRS 1915+105、Cygnus X-1與MAXI J1820+070等五個天體，均為由恒星質(zhì)量黑洞與伴星構(gòu)成的強(qiáng)引力系統(tǒng)，當(dāng)黑洞吞噬伴星物質(zhì)時，能夠以噴流的形式釋放巨大能量，這種黑洞-噴流系統(tǒng)也被稱為微類星體。拉索國際合作組的這一研究成果11月16日以“Ultrahigh-Energy Gamma-ray Emission Associatedwith Black Hole-Jet Systems”為題，發(fā)表在《國家科學(xué)評論》(National Science Review)上，我校天文學(xué)系李劍特任教授、楊睿智教授、博士后于艷紅為共同通訊作者。
拉索的觀測顯示，這些系統(tǒng)的伽馬射線能譜延伸至數(shù)百TeV甚至接近PeV，表明黑洞-噴流系統(tǒng)是極端高效的粒子加速器。尤其值得注意的是，SS 433的輻射形態(tài)在100TeV之下與X射線波段觀測到的形態(tài)吻合，表明其源于噴流與黑洞東西兩側(cè)的星際介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)加速的電子；而在100TeV之上，輻射形態(tài)產(chǎn)生了變化，在南北方向產(chǎn)生了延展，并與黑洞周邊一團(tuán)由原子氫組成的質(zhì)量云團(tuán)位置重合(圖1)，強(qiáng)烈暗示SS 433的超高能伽馬射線起源于由該系統(tǒng)加速的PeV質(zhì)子與物質(zhì)的強(qiáng)相互作用。而拉索對SS 433的能譜測量也顯示出電子輻射與質(zhì)子輻射共存的跡象(圖2)。
圖1拉索測量到的SS 433區(qū)域伽馬射線顯著性天圖。左圖：1-25TeV；中圖：25-100TeV；右圖：100TeV以上。圖中青色十字代表黑洞的位置，青色的等高線為X射線瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)生于黑洞雙側(cè)噴流與星際介質(zhì)的相互作用。右圖中白色等高線代表與SS 433相近距離上的原子云柱密度分布。
圖2拉索測量到的SS 433區(qū)域伽馬射線能譜(黑色數(shù)據(jù)點(diǎn))。紅色實(shí)線代表基于電子逆康普頓輻射模型對能譜數(shù)據(jù)的最佳擬合值，紅色帶狀區(qū)域顯示了最佳擬合的誤差范圍。紅色虛線代表將最大電子加速能量降低至一個較合理的數(shù)值后的理論預(yù)期能譜。藍(lán)色實(shí)線代表基于質(zhì)子的強(qiáng)子輻射模型的理論預(yù)期能譜。黑色實(shí)線代表紅色虛線與藍(lán)色實(shí)線之和。
宇宙線是來自地外的高能帶電粒子，主要成分是質(zhì)子。長期以來，銀河系內(nèi)公認(rèn)的主要宇宙線起源天體是超新星遺跡，但近年來觀測和理論都發(fā)現(xiàn)它們無力將質(zhì)子加速到PeV及以上的高能量，因此無法解釋宇宙線能譜一個重要的結(jié)構(gòu)“膝區(qū)”的形成。拉索系統(tǒng)性地發(fā)現(xiàn)5個微類星體的超高能伽馬射線輻射，表明微類星體是銀河系中一類新的PeV宇宙線加速器，極可能是“膝區(qū)”宇宙線的主要來源，為理解宇宙線起源的物理圖景補(bǔ)上了一塊重要的拼圖。
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