位于海拔4410米高原的宇宙線觀測站“拉索”全景。(中國科學院高能物理所供圖)
宇宙線也稱宇宙射線，是來自宇宙空間的高速帶電粒子，主要成分是質子，也包含各種原子核、電子以及一些反物質粒子。這些粒子最早由奧地利物理學家維克托·赫斯在1912年通過高空氣球實驗發現的。隨后，科學家們通過對宇宙線研究發現大量的基本粒子，推動了粒子物理學的發展。
宇宙線粒子的能量分布范圍很廣，最高可達3×1020電子伏，超出目前最強大的人造粒子加速器可加速最高粒子能量的千萬倍。宇宙線是如何產生，又為何攜帶這么高的能量，一直困擾著科學家。究竟是銀河系內的哪些天體產生了能量最終形成宇宙線，仍然是一個未解之謎，也是近10年來研究的一個熱點問題。
2019年開始，“拉索”采用“邊建設、邊運行”的模式，探測器陣列逐步分批投入科學運行。2020年，“拉索”在11個月內就探測到了12個超高能伽馬射線源，并探測到當時最高能量的光子來自天鵝座，高達1.4千萬億電子伏，打開了超高能伽馬天文學的窗口。2021年7月完成全陣列建設后，憑借優越的探測器靈敏度，“拉索”在一年內又將探測到的超高能伽馬射線源的數量提升到了43個，顯示出超強的伽馬射線源發現能力。
天鵝座恒星形成區是銀河系在北天區最亮的區域，擁有多個大質量恒星星團。大質量恒星的壽命只有幾百萬年，因此星團內部充滿了劇烈活動的恒星，具有復雜的強激波環境，是理想的宇宙線加速場所。這個備受關注的區域就成為尋找超高能宇宙線源的最佳天區，成為解開“世紀之謎”的突破口。
隨著觀測時間和數據的積累，研究團隊在天鵝座方向距離地球5000光年的位置發現了一個直徑超過1000光年的巨型超高能伽馬射線泡狀結構。經過3年多的觀測積累，“拉索”在該方向記錄到66個超過40萬億電子伏的光子，其中8個光子能量超過了1千萬億電子伏。最高能量達到了2.5千萬億電子伏，刷新了最高能量光子的紀錄。
在伽馬射線泡狀結構的中心區域，光子的分布較為集中，相較于泡狀結構內平均光子密度明顯超出。這表明泡狀結構中心必定存在一個宇宙線加速源，向周圍持續注入宇宙線，而這個巨型“泡泡”就是由于超級宇宙線加速源產生的。
究竟何種天體能把宇宙線能量加速到如此之高?科學家們認為，處于天鵝座恒星形成區中心區域的大質量恒星星團，是超級宇宙線加速器最可能的對應天體。
星團里的恒星大多年輕、熾熱，有些表面溫度能達數萬攝氏度。這些恒星的輻射強度是太陽的百倍至百萬倍。巨大的輻射壓將恒星表面物質吹出，形成了強烈的星風，速度可達每秒上千公里。星風與周圍星際介質的碰撞以及星風之間的猛烈碰撞，產生了強激波、強湍流的極端環境，成為強大的粒子加速器。當粒子獲得足夠高的能量后會逃逸出加速區，宇宙線向更廣闊的星際空間擴散。
“拉索”的此次發現不僅首次定位了高能天體物理學家們幾十年來一直所尋找的拍電子伏宇宙線加速源，而且表明銀河系中天體的粒子加速能力，很可能突破了傳統認為的拍電子伏極限，對宇宙線起源的研究將產生重要影響。隨著觀測時間的增加，“拉索”可能將探測到更多的千萬億電子伏乃至更高能量宇宙線的加速源，有望解決銀河系宇宙線起源之謎。
