大型高海拔空气簇射观测站（LHAASO）在天鹰座中探测到来自脉冲星风云的PeV伽马射线辐射，这个脉冲星风云由PSR J1849-0001驱动。这一发现意味着发现了一个新的PeVatron，并对经典的脉冲星风云粒子加速理论提出了挑战。
这一发现非常重要，因为计算出的该天体结构的粒子加速效率接近甚至超过了理想磁流体动力学条件下的理论极限。
这项发表在《自然·天文学》上的研究由南京大学的刘若愚教授、王凯博士、博士生童超楠，以及中国科学院高能物理研究所的陈松战研究员、王玲玉副研究员等合作者共同完成。
脉冲星风云是一种壮观的高能天体结构，由脉冲星（一种快速旋转、强磁化的致密中子星）喷出速度接近光速的带电粒子风到周围空间，猛烈撞击周围介质而形成。
最有名的脉冲星风云之一就是蟹状星云，它长期以来被视为高能天体物理领域的“标准烛光”。它是由银河系中最亮的自转减慢供能脉冲星驱动的——它的能量来自自转减速。
LHAASO此前观测了蟹状星云发出的PeV级伽马射线，据此确定其粒子加速效率至少为理论极限的16%。这一发现坐实了蟹状星云作为极端PeV加速器（也就是PeV级粒子加速器）的地位，还挑战了现有加速模型的极限。
天鹰座加速器如何颠覆预期
目前的研究聚焦于由PSR J1849-0001驱动的另一个脉冲星风云系统。PSR J1849-0001位于天鹰座，其自转减慢光度大约只有蟹状星云脉冲星的五十分之一。在传统的脉冲星风云演化和辐射模型中，较低的注入光度通常对应较弱的高能辐射光度。
然而，LHAASO的能谱测量显示，该系统的伽马射线能谱不仅呈幂律分布一直延伸到2 PeV，而且在PeV能量范围内，其伽马射线光度实际上比蟹状星云高出数倍。这表明该系统将脉冲星风能量转化为超高能粒子的效率惊人。
通过包括X射线数据在内的多波段观测，研究人员限定了该脉冲星风云的内部物理参数。他们发现，星云中的粒子加速效率至少达到了理论极限的27%，超过了为蟹状星云推断的效率，因此这个脉冲星风云获得了“天鹰座加速器”的昵称。
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为啥现有理论不够用
这些惊人的结果对现有的脉冲星风云粒子加速理论提出了挑战。传统模型认为，粒子加速发生在终止激波——就是脉冲星风撞上星云、突然减速的那块地方。但如果观测到的粒子能量是在这个位置产生的，所需的加速效率将超过100%，这在物理上是不可能的。因此，这个矛盾表明，标准的终止激波模型无法完全解释观测到的辐射。
LHAASO的这一发现不仅为银河系增添了一个有价值的新PeVatron候选体，还揭示了宇宙如何巧妙地在看似普通的脉冲星系统中构建了一个以超高效运行的极端粒子加速器。如果被证实，那就说明在蟹状星云中观测到的高效率可能是脉冲星风云这类天体的普遍特征。
总之，这项研究为完善脉冲星风云的理论框架提供了重要线索，并将让理论天体物理学家重新琢磨相对论等离子体中的粒子加速机制及基本物理过程。
了解更多信息： 一个由脉冲星PSR J1849−0001驱动的超强粒子加速器，《自然·天文学》期刊（2026年）。DOI: 10.1038/s41550-026-02839-0
由中国科学院提供
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