宇宙中的高能粒子从哪里来？又如何在宇宙中穿梭？这是天体物理领域的“百年谜题”。

　　近日，研究团队利用我国天关卫星（爱因斯坦探针）与高海拔宇宙线观测站（拉索，LHAASO）的联合观测，在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现了一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。尾迹延伸约42光年，并与拉索探测到的超高能伽马射线辐射沿同一方向延伸，在空间上高度吻合。

　　这是目前已知最长的X射线脉冲星风云尾迹，也让中国科学家离解开“百年谜题”更近一步。相关成果发表于我国科技期刊《中国科学：物理学力学天文学》（英文版）。同期，意大利国家天体物理研究所多位专家为此撰写专题评述文章。

J1740+1000的多波段示意图。紫色为拉索测到的超高能伽马射线辐射，红色是XMM - Newton卫星测到的X射线脉冲星风云的局部尾迹（左图），蓝色是天关卫星观测的X射线脉冲星风云的完整尾迹（右图）。

　　“无主”伽马射线和42光年长尾

　　宇宙中存在大量能量极高的粒子。它们可以在超新星遗迹、脉冲星、黑洞等极端天体附近被加速到接近光速，并在离开这些天体后继续穿行于星际空间。

　　拉索能够探测宇宙中能量极高的伽马射线，但其中部分源附近并没有明显的天体可以作为“源头”。

　　此次研究中的脉冲星PSR J1740+1000是一颗中年脉冲星。天关卫星通过约7万秒的观测发现，这条尾迹从脉冲星附近一路向西南方向延伸，最长达到约32角分（约为月亮角直径），在4600光年的距离上相当于约42光年，是一条跨越数十光年的巨大高能粒子传播痕迹，这也是目前已知最长的X射线脉冲星风云尾迹。

　　这次联合观测发现，X射线和伽马射线就像是在不同波段记录下同一批高能粒子留下的“足迹”。两种辐射的空间位置和能谱能够相互对应，为这条超长尾迹确实由高能粒子延伸传播形成提供了有力证据。

　　高能粒子为何能“走”这么远

　　宇宙中存在大量能量极高的粒子。它们可以在超新星遗迹、脉冲星、黑洞等极端天体附近被加速到接近光速，并在离开这些天体后继续穿行于星际空间。

　　通常情况下，高能粒子进入星际空间后会不断受到磁场扰动，逐渐向各个方向扩散。但此次联合观测显示，在长达42光年的尺度上，高能粒子仍然保持明显的传播方向。

　　研究人员提出了两种可能的解释。一种可能是，星际空间中的磁场具有较强的有序性，高能粒子能够沿着磁场方向传播，而垂直于这一方向的运动受到抑制，相当于修建了一条狭长的“磁轨道”。另一种可能是，脉冲星风云尾部存在持续向外运动的物质流，将高能粒子携带到远处，仿佛高压水枪一般。

　　目前还不能确定究竟是哪一种机制占主导，但两种解释都指向同一个重要事实：高能粒子离开脉冲星风云后，并不会总是在很短距离内就完全“随机散开”，而可能在相当长的距离内保留自身的传播方向。

　　为寻找超高能伽马射线源提供新视角

　　此次观测也为理解银河系中的超高能伽马射线源提供了新的视角：我们现在看到的辐射位置，很可能只是粒子长途旅行中的“足迹”，而不是它们的“出生地”。正如同期评述文章评价道：“这一发现的意义超越了PSR J1740+1000本身——它表明，超高能伽马射线源与其候选天体之间的空间偏移，未必意味着错误的关联，而可能恰恰追踪了粒子离开加速天体后的传播路径。 ”

　　此次天关与拉索的联合观测，将X射线和超高能伽马射线两种不同波段的观测连接起来，让科学家能够沿着一条长达42光年的尾迹，追踪高能粒子从脉冲星附近一路传播到远方的过程。这不仅展示了空间和地面高能观测设备协同工作的独特优势，也为研究极端天体产生的高能粒子如何逃离源头、如何在银河系中传播提供了新的观测窗口。

编辑： 杨丹

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