中新网四川新闻9月20日电 (记者 刘忠俊)近日，中国科学院高能物理研究所与南京大学联合团队利用我国天关卫星(爱因斯坦探针)与高海拔宇宙线观测站(拉索，LHAASO)的联合观测，在一颗距地球约4600光年的脉冲星周围，发现一条此前未被完整观测到的超长X射线尾迹。该尾迹延伸约42光年，与拉索探测到的超高能伽马射线辐射方向一致，在空间上高度吻合。
观测结果表明，脉冲星风云中产生的高能粒子离开源头后，并不会立即向各个方向均匀扩散，而是能够沿一定方向传播数十光年。这为理解高能粒子如何离开加速天体、又如何在星际空间中传播提供了新的观测证据。
拉索发现的“无主”伽马射线
宇宙中存在大量能量极高的粒子。它们可以在超新星遗迹、脉冲星、黑洞等极端天体附近被加速到接近光速，并在离开这些天体后继续穿行于星际空间。
拉索能够探测宇宙中能量极高的伽马射线，其中一些来自能量超过千万亿电子伏特(PeV)的高能粒子。近年来，拉索发现了一批超高能伽马射线源，但其中部分源附近并没有明显的天体可以作为“源头”。
这并不意味着这些伽马射线没有来源。一种可能是，高能粒子在离开加速源后已传播了很远，直到远离源头的位置才产生可探测的伽马射线。理解这一现象的关键，就在于弄清高能粒子从何而来、又如何传播。
天关发现隐藏的42光年长尾
PSR J1740+1000是一颗中年脉冲星。此前，XMM-Newton已在它周围发现一条数光年长的X射线尾迹；而拉索发现的超高能伽马射线辐射，恰好位于这条尾迹延伸的方向上。
天关卫星的X射线望远镜视场较大、本底较低，适合在大范围天空区域搜寻暗弱的弥漫X射线结构。经约7万秒的观测，天关卫星发现这条尾迹远比此前所见的更长。它从脉冲星附近一路向西南方向延伸，最长约32角分(约相当于满月的视直径)，在4600光年的距离上约合42光年。
这表明，所观测到的并非只存在于脉冲星附近的“小尾巴”，而是一条跨越数十光年的高能粒子传播痕迹。研究显示，这是迄今已知最长的X射线脉冲星风云尾迹。
X射线和伽马射线来自同一批粒子
此次联合观测的关键，不仅在于X射线和伽马射线在天空中的位置能够对应，它们的辐射性质也可以由同一批高能电子来解释。
这些电子在脉冲星风云中获得很高的能量。当它们沿尾迹传播时，会在磁场中运动并产生同步辐射，其中一部分以X射线的形式被天关探测到。与此同时，这些高能电子还会与宇宙空间中原有的低能光子相互作用，把低能光子提升到极高能量，产生拉索探测到的超高能伽马射线。
因此，X射线和伽马射线如同在不同波段记录下同一批高能粒子留下的“足迹”。两种辐射的空间位置和能谱相互对应，为这条超长尾迹由高能粒子延伸传播形成提供了有力证据。
高能粒子为何能传播这么远
通常情况下，高能粒子进入星际空间后会不断受到磁场扰动，逐渐向各个方向扩散。但此次观测显示，在长达42光年的尺度上，高能粒子仍保持明显的传播方向。
研究人员提出两种可能的解释。一种可能是，星际空间中的磁场具有较强的有序性，高能粒子能沿着磁场方向传播，而垂直于该方向的运动受到抑制，相当于修建了一条狭长的“磁轨道”。另一种可能是，脉冲星风云尾部存在持续向外运动的物质流，将高能粒子携带到远处，犹如高压水枪一般。
目前尚不能确定哪种机制占主导，但两种解释都指向同一重要事实。高能粒子离开脉冲星风云后，并不会在很短距离内就完全“随机散开”，而可能在相当长的距离内保留自身的传播方向。
为寻找超高能伽马射线源提供新视角
这一结果也为理解银河系中的超高能伽马射线源提供了新的视角，观测到的辐射位置，很可能只是粒子长途旅行后的“终点站”，而非它们的“出生地”。正如同期评述文章所说：“这一发现的意义超越了PSR J1740+1000本身——它表明，超高能伽马射线源与其候选天体之间的空间偏移，未必意味着关联错误，而可能恰恰追踪了粒子离开加速天体后的传播路径。”
据了解，此次天关与拉索的联合观测，将X射线和超高能伽马射线两种不同波段的观测结合起来，让科学家能沿一条长42光年的尾迹，追踪高能粒子从脉冲星附近一路传播到远方的过程，展现了空间与地面高能观测设备协同工作的优势，也为研究极端天体产生的高能粒子如何逃离源头、如何在银河系中传播打开了新的观测窗口。(完)
