国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站（LHAASO，中文简称“拉索”）以11倍显著性探测到著名的仙后座A超新星遗迹Cassiopeia A（Cas A），并首次观测到其伽马射线能谱在TeV处呈现独特的鼓包结构,解释了超新星遗迹激波加速产生宇宙线理论与前期TeV伽马射线观测的矛盾。该成果于2025年3月20日发表在《The Astrophysical Journal Letters》（天体物理学杂志通讯）。
仙后座A是银河系内最年轻的核塌缩型超新星遗迹之一，距离地球约11,000光年。它由一颗大质量恒星在约350（如果考虑到光线传播导致的时间延迟是约11000+350）年前爆发形成，是天文学家研究超新星爆发、粒子加速和宇宙线起源的天然"实验室"。Cas A是最亮的射电天体之一，长期以来，一直是多波段天文观测的焦点，但早期对其伽马射线辐射能谱的测量表明其能加速的粒子的最高能量只有几十TeV。这与自由膨胀阶段末期超新星遗迹激波可以加速产生PeV宇宙线的理论预期相去甚远。
拉索团队通过对超过1100天的高质量观测数据（能量高于0.8 TeV）进行了深入分析，首次发现Cas A的伽马射线能谱在甚高能段（TeV以上）显著变软，且在1 TeV附近的流量约为传统成像大气切伦科夫望远镜（IACTs）测得值的两倍。结合费米大面积望远镜（Fermi-LAT）在0.1 GeV至1 TeV能段的观测数据，研究团队发现Cas A的伽马射线能谱在30 GeV以上与单一幂律分布存在显著偏差，呈现出明显的鼓包结构（见图1）。这个鼓包结构的发现，说明Cas A的伽马射线能谱存在精细结构，并不能用之前简单的存在高能截断的幂律谱强子模型解释。LHAASO揭示的鼓包结构，可以解释为来自前行激波加速电子的逆康普顿过程（如图2），这样虽然被加速电子的最大能量由于受辐射能损的影响只有几个TeV，但是被加速原子核的能量可以很高，甚至达到拍电子伏。预期随着观测数据的积累，Cas A在10TeV以上能段也可以被LHAASO探测到。这些结果为完善超新星遗迹伽马射线辐射能谱演化的统一模型提供了重要依据。
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，高能所的李会财副研究员，南京师范大学的张潇副教授，高能所博士后胡世聪，西南交通大学刘四明教授以及山东大学博士生王冉，作为共同通讯作者。
在线文章网址：https://doi.org/10.3847/2041-8213/adb97c
图 1：Cas A 的宽能段伽马射线光谱
图 2：Cas A 的多波段光谱观测和模型解释
附件下载：
