在浩瀚的宇宙深处，一场由“粒子雨”引发的科学探索正持续上演。这些来自遥远天际的粒子，携带着宇宙诞生与演化的关键信息，成为科学家们竞相破解的谜题。其中，黑洞作为宇宙中最神秘的天体之一，其是否具备加速宇宙线的能力，一直是学界争论的焦点。
近日，我国高海拔宇宙线观测站（LHAASO，简称“拉索”）研究团队在《国家科学评论》与《科学通报》英文版发表两项重要成果：首次证实“进食”状态的黑洞是能力超群的宇宙线加速器，并精确刻画了宇宙线能谱细节，揭示其作为银河系内高能宇宙线主要贡献者的角色。这一发现为破解宇宙线起源这一世纪难题提供了关键线索。
黑洞通常由大质量恒星坍缩形成，其极端致密的特性使引力场强大到连光都无法逃脱。然而，当黑洞与普通恒星组成双星系统时，会展现出截然不同的面貌——通过强大引力持续吞噬伴星物质，形成围绕黑洞旋转的吸积盘。这些物质在靠近黑洞核心时因粘滞作用被加热，发出明亮的多色光，部分气体甚至沿磁场方向以接近光速喷射，形成两道方向相反的“宇宙喷流”。
“拉索”此次锁定的目标正是这类特殊系统——微类星体。研究团队首次捕捉到来自5个微类星体的超高能伽马射线信号，其中SS433系统的辐射与周围巨型原子云高度重合，强烈暗示其高能质子与物质碰撞的产物。分析显示，该系统加速的质子能量超过1拍电子伏特（PeV），总功率达每秒10³²焦耳，相当于每秒释放400万亿颗“沙皇”氢弹的能量。而V4641Sgr微类星体产生的伽马射线能量达0.8PeV，成为又一“超级PeV粒子加速器”，其“父辈”粒子能量超过10PeV。
宇宙线是来自外太空的带电粒子流，主要成分为原子核，被誉为传递宇宙大事件的“信使”。然而，由于带电粒子在传播中会受磁场干扰而偏转，直接追踪其起源天体极为困难。幸运的是，宇宙线与星际物质碰撞产生的高能伽马射线不带电，可保持直线传播，成为反推宇宙线加速源位置的“足迹”。“拉索”通过精确测量这些伽马射线，成功锁定微类星体作为宇宙线加速源。
长期以来，科学家认为银河系内宇宙线主要源于超新星遗迹，但观测和理论均表明其加速能力难以达到“膝”区及以上能量。此次“拉索”的发现填补了这一空白——微类星体凭借其超强的加速能力，成为产生高能宇宙线的关键天体。研究还揭示，宇宙线能谱在“膝”区前存在一个微小隆起，即“鼓包”结构，这正是黑洞加速质子贡献的“高能组分”留下的独特印记。
“拉索”的复合型探测器阵列设计发挥了关键作用。该装置不仅能通过超高能伽马射线定位宇宙线源天体，还能精确测量太阳系附近的宇宙线粒子能谱，首次在观测上将“膝”结构与黑洞喷流系统直接关联。这一突破性成果不仅改写了人类对“膝”区的传统认知，更为理解黑洞在宇宙线起源中的作用提供了实证。
作为我国自主设计、建设与运行的国家重大科技基础设施，“拉索”以探索高能宇宙线起源为核心科学目标，目前在高能伽马射线天文和宇宙线物理领域已占据领先地位。其持续产出的突破性成果，正逐步揭开宇宙线起源的神秘面纱，也为人类设计新型高能加速器提供了灵感。随着观测数据的不断积累，这场由“粒子雨”引发的科学探索，将继续书写宇宙认知的新篇章。
