【向科学家提问】

　　光明日报记者 刘嘉丽 崔兴毅

　　一个神秘天体，它每4.8小时“闪烁”一次，发出的光能量高得惊人，这是人类迄今找到的最强宇宙粒子加速器……

　　在天鹅座方向，距离地球约2.5万光年的银河系深处，隐藏着一个宇宙级的“疯狂加速器”。它微小到在望远镜中只是一个光点，却拥有令人类所有加速器都相形见绌的能量——它能把粒子加速到至少3000万亿电子伏特，是欧洲大型强子对撞机（LHC）最高能量的数千倍。

　　近日，位于四川稻城海子山的高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO），成功揭开了这个“隐身人”的面纱，认证了宇宙中首个拍电子伏（PeV，1PeV=1000万亿电子伏特）伽马射线变源——天鹅座X-3。这一成果不仅将人类对宇宙粒子加速器的认知推向新极限，更为我们打开了“超高能时域天文学”的全新窗口。

　　面对这项激动人心的发现，中国科学院院士、“拉索”首席科学家曹臻接受了记者的专访，用一场深入浅出的对话，带我们解码这束来自宇宙深处的“最强光”。

拉索的大型超高能伽马源立体跟踪装置。新华社发

“蓝箱子”里装着广角切伦科夫望远镜，构成广角切伦科夫望远镜阵列。新华社发

　　如何“捕捉”到这个“隐身人”？

　　如果把探索宇宙比作一场侦破，那么“拉索”面对的就是一个极其狡猾的“隐身人”。高能宇宙线粒子本身带电，它们在星际磁场中拐来拐去，到达地球时早已不指向最初的源头。科学家们只能通过它们与星际物质“碰撞”产生的次级粒子——高能伽马光子，来反推“肇事者”的身份。

　　“但这太难了！”曹臻感叹道，“我们就像是站在北京，想看清楚广州的一粒小米，而且这粒小米还在不停地发光、变化。”

　　这几乎是一个不可能完成的任务，而“拉索”完成这一步的关键，在于它有着一套独特的“捕光”绝技。

　　当一颗能量极高的伽马光子冲入地球大气层，就会引发一场连锁反应。曹臻用了一个形象的比喻：“一个光子撞进来，它会和大气原子核发生作用，就像打台球一样，先撞出一对电子和正电子。这一对电子的能量极高，又会继续撞击，再产生新的光子……就这么‘一变二，二变四’，像滚雪球一样，迅速形成一场覆盖方圆数百米的粒子‘阵雨’，我们称之为‘空气簇射’。”

　　曹臻告诉记者，这场“雨”的所有粒子都接近光速，几乎是同时砸向地面，形成一个巨大的“粒子盘面”。“拉索”在地面布下了成千上万个探测器，就是为了精准地接住这阵“雨”中的每一滴“水花”。

　　“通过测量这些粒子的到达时间和密度，我们就能反推出原始光子的能量和方向。”曹臻解释说，“更绝的是，我们还能精确地判断这场‘雨’是伽马光子带来的‘电磁雨’，还是宇宙线强子带来的‘强子雨’。”

　　这个区分的能力至关重要。因为宇宙线中99.9%都是带电粒子，它们是极强的背景噪声。“这就像在一大堆沙子里淘金。”曹臻说，“我们有一个特殊的‘验钞机’，就是埋在地下的缪子探测器阵列。强子雨会产生大量缪子，而电磁雨产生的缪子则很少。依靠这个，我们能从十万个背景事件中，精准地捞出那一个宝贵的光子事件，纯度达到了惊人的99.999%。”

　　正是靠着这种“大海捞针”般的硬实力，“拉索”团队得以锁定天鹅座那片异常热闹的天区。但这仅仅是个开始。要最终认定“隐身人”就是天鹅座X-3，还需要一个决定性的证据——时变信号。

　　“如果它只是静静地发光，我们最多只能知道它大概在哪个‘城市’里，但搞不清是城市的哪个角落。”曹臻说，“幸运的是，我们发现它的信号在变，而且变化非常规整，周期是4.8小时。”

　　这一发现让整个团队兴奋不已。他们立刻联想到，天鹅座X-3是一个已知的双星系统，由一个巨大的恒星和一个致密天体（黑洞或中子星）组成，它们互相绕转的周期，恰好就是4.8小时！

　　“这个‘隐身人’每4.8小时转一圈，当它的发光面冲向我们时，信号就强，转过去信号就弱，这太完美了！”曹臻难掩激动，“这样一来，我们不仅把它锁定在了这个双星系统上，更把加速器的位置，精准地定位在了仅仅3个太阳半径大小的尺度之内。”

　　从模糊不清的“一座城”，一下子聚焦到“城里一颗小米粒”上的具体房间，这是人类对宇宙超高能粒子加速器达到的最高定位精度。

　　“这一步，我们走了几十年。”曹臻感慨道。

　　宇宙“疯狂加速器”到底长什么样？

　　成功“抓捕”之后，下一步就是为这位“疯狂加速器”画一幅精确的“肖像”。而这幅肖像，充满了颠覆性的震撼。

　　“以前不是没见过PeV级别的光子，但这次完全不同。”曹臻形容这个发现时，眼睛里闪着光，“我们都觉得能谱走到PeV已经够可以了，结果它的尾巴不但没掉下去，反而又翘起来了！这种感觉，就像你本来以为会在西双版纳看到大象，结果突然冒出来一头恐龙，所有人都惊呆了！”

　　这头“恐龙”的能量之强，远超理论预期。

　　“拉索”探测到的光子能量最高达到了4PeV，而根据理论模型，要产生如此高能的光子，其背后的宇宙线粒子能量至少要高出十倍，达到30~40PeV。

　　这意味着，这个小小的双星系统，有能力将粒子加速到逼近甚至突破传统理论预言的银河系宇宙线能量上限。“这对我们研究宇宙线起源极具颠覆性，意味着我们不仅能找到加速源，还可能发现一些此前完全未知的新物理。”曹臻说。

　　那么，这个“疯狂加速器”的内部结构究竟是怎样的？曹臻为我们描绘了这样一幅图景：

　　“想象一下，一个比太阳还大14倍的巨型恒星，正吹出猛烈的星风。而在离它极近的地方，一个黑洞正在疯狂地吸积着这些物质。这两个家伙以4.8小时一圈的速度疯狂旋转，我们开会这一会儿工夫，人家就已经转完一圈回来了。”

　　就在黑洞吞噬伴星物质的过程中，极端扭曲的磁场和强大的能量释放，形成了一个天然的、无与伦比的粒子加速器。然而，让理论家们头疼的是，这个加速器的核心区域实在太小了。

　　“我们之前把源头从‘光年’尺度缩小到‘太阳系’尺度，已经感觉是个巨大的飞跃了，模型也好解释。”曹臻打了个比方，“但现在，我们讨论的问题变成了，在离黑洞这个‘景山公园’和伴星这个‘玉泉路’之间，到底是哪个具体位置产生了加速。这个尺度可能小到只有十公里级别，而整个系统的尺度又是太阳系大小。跨度如此之大，要在这样一个极端环境下建立一个自洽的物理模型，简直太难了。不过，这也正是它激动人心的地方。”

　　“超高能时域天文学”的新大门何时开启？

　　这项成果的发表，也激起了国际天体物理界的“千层浪”。“文章发表后引用率非常高，成了各种国际会议上讨论最热烈的话题之一。”曹臻说，“大家都在猜，这个不可思议的现象到底是怎么产生的。”

　　其意义之所以重大，在于它开启了一个全新的研究领域：超高能时域天文学。曹臻强调：“变化是这个发现最核心的关键词。在这么高的能段，第一次清晰地看到一个源随时间变化，这给了我们把物理图像从‘模糊的全景’推到‘特写镜头’的绝佳机会。”

　　这不仅是对一个天体的认证，更是打开了一扇通往黑洞附近极端物理过程的新窗口。“过去，我们研究黑洞附近的粒子加速，通常看到的是喷流在光年尺度上撞击星际介质。那种模型已经比较成熟了。”曹臻解释说，“但这一次，我们直接看到了紧邻黑洞视界的区域发生了什么。这是一个全新的加速机制，一个前所未有的‘粒子对撞机’版本。”

　　这一发现，也让人们对宇宙线的起源产生了更深的思考。

　　“以前大家争论，银河系到底能不能产生这么高能量的宇宙线？‘拉索’的观测给出了肯定答案：至少这一个例子证明，可以！”曹臻说，“这意味着，我们终于在那个困扰了物理学界几十年的、从‘膝盖’到‘脚踝’的能谱空白地带，找到了一个至关重要的支点。”

　　谈及未来，曹臻想得更远。“首先，我们会继续盯着这个源。变化是周期性的，我们预测未来一定会等到一次更强烈的爆发，那时我们对内部机理的了解会更深。”他说，“其次，我们要用AI技术去发掘更多数据里的宝藏，找到更多这样的时变源。”

　　更宏大的蓝图，已经在规划之中。

　　“要看到更高能量的光子，光靠把探测器做大十倍是不行的，那得花100个亿，不现实。”曹臻话锋一转，“我们需要全新的探测思路，用更巧妙、更便宜的方法。现在，‘拉索’的年轻人们已经开始思考这个问题了。”

　　而另一个确定的未来方向，是中微子。

　　“河外有更强大的加速器，但它们的高能伽马光子无法穿透宇宙微波背景辐射到达地球。这时，中微子就成了独一无二的信使。”曹臻描绘道，“我们正在推动建设一个30立方公里级的巨型中微子望远镜。有了它，我们就能去回答关于河外源的问题，也许能看到上百个河外的超级加速器，那将是另一个崭新的宇宙图景。”

　　回到这项发现的起点，曹臻颇为感慨。上世纪80年代，一则关于天鹅座X-3可能存在PeV信号的消息，曾轰动世界，也吸引了他和导师投身该领域，尽管那个消息后来被证明可能只是个“美丽的误会”。

　　“现在，‘拉索’用坚实的证据，在我们当年梦想的同一个天体上，真真切切地看到了PeV光子，这算是一种圆梦吗？”他笑了笑，“我觉得不是圆梦，而是梦想变得更大了。因为它给我们提出了更多新问题，指出了一个比我们当年想象中要深邃、复杂得多的新世界。这只是一个全新的、极好的起点。”

　　《光明日报》（2026年08月06日 16版）