一粒米从桌沿掉到地上,那点动静小到没人会去在意。但要是把这么多能量原封不动塞进一个质子里,事情就完全变了样:地球上最大的粒子加速器,也造不出这样的质子。
夏夜抬头,天鹰座里最亮的那颗是牛郎星。顺着它旁边一小块天区望出去,有个东西一直在干这件事,而且已经干了很久。
它的编号是LHAASO J1912+1014u,位于四川的高海拔宇宙线观测站(LHAASO)在2024年发现了它。它跟牛郎星并没有关系,只是恰好落在同一个视线方向上,实际位置远在牛郎星身后。
它能把质子加速到1000万亿电子伏以上。电子伏是个很小的能量单位,一个电子跨过1伏特的电压,得到的能量就是1电子伏。1000万亿电子伏堆在一个质子身上,就是米粒落地那个量级。
作为对照,大型强子对撞机(LHC)是人类造过的最大机器,周长27千米,靠上千块超导磁铁把质子摁在环里跑。它能把单个质子推到7万亿电子伏。天鹰座那台机器给出的数字,是它的100多倍,而且不用电,不用磁铁厂,也不占地。
这类天然加速器有个专门的名字,叫拍电子伏加速器(PeVatron),意思是能把粒子推到拍电子伏(PeV,也就是1000万亿电子伏)量级的东西。天文学家找了它们几十年,一直很难抓个现行。
麻烦出在被加速的粒子本身。质子带电,一路上被银河系里的磁场反复拧弯,等它撞进地球大气层,方向早就跟出发时对不上了,问它从哪儿来,它自己也说不清。
所以只能换个思路,去找那些不带电、走直线的信使,也就是伽马射线。高能质子撞上周围的气体云,会打出伽马射线,这道光顺着直线一路飞过来,等于把发生地址写在了信封上。
问题是这个地址有两个可能的寄件人。高速运动的电子撞上光子,同样能把光子踢成伽马射线。早期观测只知道那个方向有伽马射线冒出来,分不清背后是质子还是电子。最初的编目里,它甚至被当成一处超新星遗迹。
分清这一点至关重要。银河系里飞来飞去的宇宙线,绝大部分是质子,它们穿行于星际空间,参与星际化学、给分子云加热,是银河系日常运转的一部分。这些粒子究竟从哪儿获得能量,是宇宙线研究里悬了100多年的问题。如果伽马射线背后是质子,这里就是一个加速源的实锤。
新研究的做法是同时调三家望远镜的数据。NASA的费米大面积望远镜(Fermi-LAT)看较低能段的伽马射线,日本的FUGIN射电巡天数清那一带有多少分子气体云,因为质子得有靶子才打得出伽马射线;NASA的钱德拉X射线天文台(Chandra)则盯着X射线。高能电子在磁场里绕圈时会甩出X射线,这是它躲不掉的副作用,把X射线的账查清楚,就能反推电子够不够这个本事。
三份数据塞进同一个模型,电子这条路走不通。
论文的通讯作者、日本广岛大学宇宙科学中心副教授水野恒文(Tsunefumi Mizuno)说:“日本有句老话,一支箭容易折断,三支箭捆在一起就不容易了。这项研究里,费米大面积望远镜的伽马射线数据、FUGIN的射电数据和钱德拉的X射线数据,这三支箭通过细致的多波段建模捆在了一起,揭示出我们的目标LHAASO J1912+1014u是一台宇宙线质子拍电子伏加速器。”
研究发表在《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)上。
不过确认下来的只是这件事本身:那里确实有质子被加速到了破纪录的能量。至于负责加速的到底是个什么天体,仍是空白。
银河系里可能散布着几十台这样的天然加速器,一直在往星际空间倾泻接近光速的粒子。接下来要做的,就是把这套三支箭的验法,挨个用到它们身上。
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图为LHAASO J1912+1014u在天空中的位置,实心圆标出该源,虚线圆是月亮的大小,用于对比。图源:改编自水野恒文等人发表于《天体物理学杂志》的论文
信源:Rabie, Passant. "A Mystery Object in the Milky Way Is Blasting Out Particles 100 Times More Powerful Than the LHC." Gizmodo, 5 Aug. 2026
