有人说这是“中国人跨越千年的新发现”

有人说海子山上的发现“挑战了高能天体物理中电子加速的‘标准模型’”

□四川日报全媒体记者 徐莉莎

　　公元1054年7月4日，北宋的天文观测部门——司天监发现，开封府东南方向的天空中出现了一颗极亮的大星，持续23天，即使在白天也能看见。

　　古人记录的，正是距离地球6500光年的蟹状星云前身恒星初始爆炸时的情景。这是现代天文学中第一个被认证具有清晰历史观测记录的超新星遗迹。

　　967年后的2021年，也是在7月，聚焦同一个星体。国际知名学术期刊《科学》于北京时间9日发表国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站（LHAASO，中文简称“拉索”）关于蟹状星云的最新研究成果。

　　有人说这是“中国人跨越千年的新发现”，还有人说海子山上的发现“挑战了高能天体物理中电子加速的‘标准模型’”。

千年前，宋朝人见证“标尺”的诞生

　　哈勃望远镜拍摄的照片显示，蟹状星云的中心有一颗以每秒钟30圈快速旋转的脉冲星。类似太阳风的存在，脉冲星也有星风，星风中的电子与外部介质碰撞后，会被进一步加速至更高能量，并产生我们看到的星云。这些电子撞击光子，并为其加速，产生大量高能光子“光顾”地球。这些光子就能被我们的探测器“捕捉”到。

　　据中科院高能物理研究所研究员曹臻介绍，蟹状星云是为数极少的在射电、红外、光学、紫外、X射线和伽马射线波段都有辐射的天体。历史上对其光谱已经进行了大量的观测研究，是非常明亮且稳定的高能辐射源。因此，蟹状星云在多个波段被作为“标准烛光”。好比一把测量其它天体辐射强度的“标尺”，而且是北半球唯一的一把。

　　当我们利用天文望远镜观测其他星体时，总要先对准蟹状星云，看看望远镜标定的位置是否准确，是否探测到标准数量的光子，以排除望远镜性能或气象的影响。

千年后，拉索的发现挑战理论极限

　　如今，稻城海子山上的拉索，开启了人类对这个星云的新认知。

　　当拉索对准蟹状星云，我们看到了什么？据曹臻介绍，具有高灵敏度的拉索探测到更多伽马光子，最高能量达到1.1拍电子伏（拍=千万亿）。这些数据不仅确认了其他实验几十年对蟹状星云的观测结果，还对其超高能区（0.3-1.1拍电子伏）进行了精确测量，为该能区标准烛光设定了亮度标准。

　　此外，1.1拍电子伏伽马光子的发现，对宇宙线加速机制的探索有何意义？

　　曹臻说，根据康普顿效应，当蟹状星云中的电子被加速成高能粒子后，碰撞到光子，其自身能量会有一半转移给光子。由此反推，当拉索探测到1.1拍电子伏的光子，也就提供了2.3拍电子伏电子加速器存在的直接观测证据。由此确定在大约仅为太阳系1/10大小的（约5000倍日地距离）星云核心区内存在能量超强的电子加速器。

　　2.3拍电子伏，这比目前人类在地球上建造的最大的电子加速器产生的电子束的能量高两万倍左右。

　　曹臻说，越高能的电子越容易在磁场中损失能量。也就是说，蟹状星云内的粒子加速机制必须具有惊人效率，才能克服这些电子的能量损失。

　　据拉索的测量结果推算，其加速效率竟超出理论极限的15%，比超新星爆发产生的爆震波的加速效率高约1000倍。曹臻分析，这一结果，直逼经典电动力学和理想磁流体力学理论所允许的加速极限，挑战了高能天体物理中电子加速的“标准模型”。

　　这究竟是测量误差还是真的挑战了“标准模型”？曹臻认为，随着拉索年内全阵列投入运行，观测样本数增加，这些问题都将被解答。未来几年内，更多关于拍电子伏粒子加速的奥秘也将被揭开。