“拉索”新发现：中老年脉冲星的“尾巴”不一般
2月17日，记者从中国科学院高能物理研究所获悉，国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站（LHAASO，简称“拉索”）又出新成果。科研人员发现，中老年脉冲星产生的风云尾部很可能是一类可以将粒子加速到超高能量的“拍电子伏特宇宙线加速器”（PeVtron）。日前，该成果刊发于综合性英文学术期刊《创新》（The Innovation）。
记者了解到，该研究以高显著性探测到一颗中年脉冲星——脉冲星PSR J1740+1000的风云尾部区域的超高能伽马射线辐射，这是科学家在世界上首次探测到弓形激波脉冲星风云尾部的伽马射线辐射，对弓形激波脉冲星风云尾部的粒子输运机制提出了挑战，预示着尾部区域存在强劲的粒子加速过程。
脉冲星是一种旋转的中子星，通常存在于超新星残骸中，因不断向外发出电磁脉冲信号而得名。脉冲星风云是快速旋转的脉冲星驱动相对论性粒子星风冲击外部物质而产生的风云。
不同年龄的脉冲星，所产生风云的形态和辐射会有不同特征。年轻的脉冲星位于超新星遗迹内部，往往具有较高的自转动能，能驱动强劲的脉冲星风，吹向四周，速度接近光速，脉冲星自转随之逐渐减慢，而星风与脉冲星周边物质的猛烈碰撞，产生从射电到伽马波段的辐射，这些辐射就是人们能观测到的风云。
按照以往的理论推断，脉冲星步入中老年阶段后，自转能会显著降低，在其产生的风云中，高能粒子的数量和最高能量随之降低，而它曾经加速出的粒子会弥漫在周围，形成尺度达上百光年的伽马射线晕。同时，有部分脉冲星还会离开超新星遗迹，直接和星际介质相互作用，形成类似“彗星”状的弓形激波脉冲星风云。
不过，尽管这类特殊形状风云尾部辐射中的射电和X射线波段辐射曾被观测到过，但是伽马射线辐射一直没有被探测到。
此次，“拉索”观测的脉冲星PSR J1740+1000，正是一颗中年脉冲星。它距离地球4500光年，特征年龄11万年，是一颗远离银河星系盘的孤立脉冲星。在X射线波段，人们清楚观测到了这颗脉冲星的“彗星”状风云，但与其他中老年脉冲星被观测的情况一样，它的伽马射线辐射未曾被观测过。
借助“拉索”高精度的探测能力，科研人员基于“拉索”1200天以上的观测数据，在远离该脉冲星约16光年处，发现了一个点状超高能伽马射线源，其显著性达到17倍标准偏差。他们将它称为“拉索源”。
从对“拉索源”的测量结果中，科研人员排除了理论预期中的大尺度伽马射线晕的存在。他们发现，可能受该脉冲星周围环境影响，并非所有的中老年的脉冲星都会像理论预期那般，形成可观测的伽马射线晕。
同时，经过仔细排查，科研人员还发现，“拉索源”附近并不存在其他已知的天体可加速的高能粒子，而十分巧合的是，“拉索源”恰好处在脉冲星PSR J1740+1000的弓激波风云尾部的延长线上。“这揭示了弓形激波脉冲星风云尾部区域可以产生超高伽马射线辐射，由于我们探测到的伽马光子最高能量超过300万亿电子伏，说明弓形激波脉冲星风云尾部可能具有加速拍电子伏（PeV）粒子的能力。”中国科学院高能物理研究所研究员陈松战告诉《中国科学报》。
弓形激波脉冲星风云尾部再加速粒子产生的超高能伽马辐射被拉索观测示意图。中国科学院高能物理研究所供图
陈松战介绍，本次发现是“拉索”在伽马射线天文方面取得的又一个重要成果。
据悉，“拉索”位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，于2021年7月开始稳定运行，是国际上领先的伽马射线和宇宙线探测装置，“拉索”国际合作组基于拉索实验数据已在多个物理方面取得成果。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.xinn.2025.100802
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