宇宙中能量最高的粒子加速器究竟藏身何处?最新研究给出了惊人答案——位于天鹅座的双星系统天鹅座X-3中,一颗黑洞正以近乎“节拍器”的精准规律,将粒子加速至前所未有的极端能量。这项突破性发现由国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站(LHAASO,简称“拉索”)完成,相关成果已发表于权威学术期刊《国家科学评论》。
天鹅座X-3是一个由黑洞与大质量伴星组成的双星系统。在这个极端环境中,黑洞的强大引力如同无底深渊,疯狂吞噬伴星释放的星风物质。研究团队通过“拉索”探测到,该系统辐射出的伽马射线能量突破天际,其对应的宇宙线粒子能量至少达到30拍电子伏特(PeV),这一数值远超现有理论模型的预测,刷新了人类对宇宙粒子加速器能量上限的认知。
“这就像观测到黑洞在进食时周期性地打出‘超级饱嗝’。”研究团队成员、中国科学院高能物理研究所副研究员李骢形象地描述道。这种规律性体现在两个维度:其一,“拉索”捕捉到的超高能爆发与费米伽马射线空间望远镜观测到的低能爆发完全同步——当低能辐射增强时,高能辐射也随之增强;当低能辐射减弱时,高能辐射则完全消失;其二,整个信号系统以4.8小时为周期循环变化,这一周期恰好与黑洞和伴星相互绕转的轨道周期吻合。
凭借这一独特的“节拍”,科研人员首次将黑洞加速粒子的区域精确锁定在仅约3个太阳半径的极小范围内。这是人类迄今对超高能宇宙粒子加速器定位精度最高的突破,为理解黑洞周边极端物理环境提供了关键线索。
“过去我们只能为宇宙拍摄静态照片,现在终于可以拍摄动态高清影像了。”李骢指出,这项发现标志着超高能时域天文学这一新兴领域的诞生。通过追踪黑洞的“能量节拍”,科学家得以窥探黑洞附近极端引力场、超强磁场以及物质在极端条件下的行为模式,为解答宇宙中最剧烈的天体物理过程开辟了全新路径。目前,该成果已在国际天体物理界引发强烈反响,成为全球专业会议热议的焦点话题。