中国科学家破解困扰科学界近70年难题

　　【中国科学家破解困扰科学界近70年难题】2025 年 11 月 16 日，中国科学院高能物理研究所宣布，我国高海拔宇宙线观测站 “拉索”成功解开困扰科学界近 70 年的宇宙线 “膝” 起源难题。这项突破性研究发现了银河系内五个微类星体 —— 即黑洞与恒星组成的双星系统，能够将宇宙线加速到前所未有的高能级。宇宙线是来自外太空的带电粒子，长期以来被视为传递宇宙大事件的 “信使”，而其中的 “膝” 结构更是宇宙线研究领域的核心谜题。​

　　在宇宙线研究领域，有一个存在了近 70 年的未解之谜。宇宙线全粒子能谱上有一个独特的拐折结构，因其形状酷似人的膝盖而被科学家形象地称为 **“膝” 结构 **。这个 “膝” 位于大约 3 千万亿电子伏特处，在此能量点之上，宇宙线的数量会突然急剧减少。自从这个现象被发现以来，其物理成因一直困扰着全球科学家。“拉索” 首席科学家、中国科学院院士曹臻解释道：“以前科学家们主要认为，宇宙线来自超新星遗迹，也就是大质量恒星爆炸后的残骸。但是观测和理论都显示，它们很难把粒子加速到‘膝’及以上的高能量。”​

　　要破解 “膝” 的起源之谜，科学家们面临着一个巨大的挑战：宇宙线粒子带电，在传播过程中会受磁场影响而‘拐弯’，因此无法直接根据宇宙线粒子行迹找到其起源天体。但是，中国科学家们找到了一把关键的 “钥匙”—— 当宇宙线与星际物质发生碰撞时，会产生高能伽马射线，而这些伽马射线是不带电的，可以在太空中保持 “直线飞行”。曹臻院士生动地比喻道：“这些高能伽马射线就像宇宙线在银河系内留下的一串串‘足迹’，通过它们，科学家可以反推出宇宙线的加速源位置，为寻找宇宙线起源天体提供重要依据。”​

　　利用 “拉索” 的超高灵敏度，研究团队实现了突破性的发现 ——首次捕捉到来自五个微类星体的超高能伽马射线信号。微类星体是处于双星系统中的黑洞，凭借其强大的引力不断吞噬伴星的物质，在这个过程中，部分物质会以喷流形式被喷射出来，这种有吸积也有喷流的黑洞就是微类星体。“拉索” 此次的发现直接指向了这类宇宙中的特殊系统，研究团队发现，产生这些伽马射线的粒子能量正处于宇宙线能谱的 “膝” 区。​

　　黑洞作为宇宙线加速器的能力令人震撼。根据观测数据，黑洞利用其强大的吸积作用，不断吞噬着它旁边的恒星，同时释放出高能量的粒子喷流。这些喷流每秒释放的能量大约相当于四百万亿颗地球上最大威力氢弹的能量，成为高能量宇宙线粒子的 “产生器”。曹臻院士指出：“这表明，银河系里存在多种‘粒子加速器’。微类星体具有明显高于超新星遗迹的加速极限，能达到‘膝’的能量门槛，成为高能宇宙线的新来源。” 同时，“拉索” 还发现了宇宙线质子能谱在 “膝” 附近一个超出预期的 “高能组分”，两项成果相互印证，为 “膝” 结构的来源与成因提供了最佳诠释。​

　　“拉索” 能够实现这一突破，离不开其强大的技术能力。这座位于高海拔地区的大科学装置，采用了多参数测量技术，成功筛选出大统计量的高纯度质子样本，从而精确测量其能谱，精度甚至可以媲美卫星实验。“拉索” 的新结果与 AMS-02（安装在国际空间站上的大型高能粒子探测器）测得的低能组分、“悟空号” 测得的中能组分一起，揭示了银河系内存在多种类的加速源。每一类加速源都有各自独特的加速能力和能量范围，而 “膝” 正是产生高能组分的源的加速极限表现。​

　　这项研究成果的意义远不止于解决一个具体的科学问题。中国科学院院士曹臻强调，这些发现不仅揭示宇宙线起源的关键机制，也为理解黑洞系统的极端物理过程开辟了新途径。这是科学家们第一次在观测上将 “膝” 结构与具体类型的天体 —— 黑洞喷流系统关联起来，为理解宇宙的极端物理过程开辟了一条新的途径。《光明日报》在报道中评价道，“拉索” 此次新发现不仅为解决困扰学界近 70 年的 “‘膝’区成因” 难题迈出关键一步，也为理解黑洞在宇宙线起源中的作用提供了重要的观测证据。​

　　“拉索” 的这一突破性发现，标志着中国在宇宙线研究领域已经走在了世界前列。作为以宇宙线观测研究为核心目标的国家重大科技基础设施，“拉索” 正持续带来具有全球影响力的突破性成果。这项研究成果已于 2025 年 11 月 16 日在国际学术期刊《国家科学评论》（英文版）和《科学通报》（英文版）上发表，由中国科学院高能物理研究所牵头的国际研究团队完成，展现了中国科学家在天体物理领域的全球合作与领导力。​

　　从 1950 年代 “膝” 现象首次被发现，到 2025 年中国科学家给出关键答案，这条探索之路凝聚了几代科研人员的智慧与汗水。如今，“拉索” 的成果不仅解开了世纪难题，更将人类对宇宙的认识推向了一个新的高度！