国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站（英文LHAASO，简称“拉索”）以高显著性探测到脉冲星PSR J1740+1000的弓形激波脉冲星风云尾部区域的超高能伽马射线辐射，首次发现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。该成果于2025年2月7日在综合性英文学术期刊《The Innovation》（创新）上发表。该研究工作由中国科学院高能物理研究所牵头的“拉索”国际合作组完成，高能所的博士研究生徐仁峰、陈松战研究员、席绍强副研究员、胡世聪博士及南京大学的博士研究生汪凯、柳若愚研究员作为共同通讯作者。
脉冲星是超新星爆发中由前身大质量恒星遗骸形成的一种高度磁化的旋转中子星，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产生的风云。脉冲星风云的形态和辐射随着时间的演化呈现不同特征。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，并驱动强劲的脉冲星风吹向四周，速度十分接近光速。星风带走脉冲星的自转能，使得脉冲星自转逐渐减慢，而星风与脉冲星周边物质的猛烈碰撞将部分星风的动能转化为高能粒子的能量，后者通过同步辐射、逆康普顿散射等过程产生从射电到伽马波段的辐射，呈现出我们观测到的风云。当脉冲星步入中老年，自转能显著降低，其产生的风云中高能粒子的数量和最高能量也随之降低，但是其过往加速的粒子会弥漫在周围形成尺度达上百光年的伽马射线晕。有部分脉冲星会离开超新星遗迹直接和星际介质相互作用，由于脉冲星本身的超声速自行，形成类似“彗星”状的弓形激波脉冲星风云，这类特殊形状的风云尾部辐射在射电和X射线波段都有观测，但是其伽马射线辐射一直没有被发现。
脉冲星PSR J1740+1000是一颗远离银河星系盘的孤立脉冲星，距离地球4500光年，特征年龄11万年，是一颗中年脉冲星，在X射线波段清楚观测到了弓形激波造成的“彗星”形状。研究人员基于拉索1200天以上的观测数据，在远离该脉冲星约16光年处发现一个点状超高能伽马射线源（后简称拉索源），显著性达到17倍标准偏差。该测量结果一方面排除了大尺度伽马射线晕的存在，说明并非所有的中老年的脉冲星都会形成可观测的伽马射线晕，这可能与其所处的周围环境有关；另一方面，经过仔细排查，该拉索源附近并不存在其它已知的天体可加速高能粒子。而十分巧合的是，该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。探测到的伽马光子最高能量超过三百万亿电子伏，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，如图1所示。
图 1：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
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重要成果，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。该项研究得到了国家自然科学基金等各项基金资助。
在线文章网址：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2025.100802
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