- 天鵝座 X-3 是宇宙中最強粒子加速器，能量達 30 PeV。
- 此發現突破了銀河系內帶電粒子的能量上限理論。
- 天鵝座 X-3 被歸類為「超 PeVatron」，並顯示脈動伽馬射線信號。
- 這一研究為理解黑洞和中子星的物理過程提供新途徑。
中國的大高空空氣淋浴觀測站（LHAASO）已經識別出宇宙中發現的最強粒子加速器。此物體為天鵝座 X-3，為位於天鵝座的雙星系統，距離地球約 7,200 光年。科學家證實，它能夠將宇宙射線粒子加速至至少 30 佩他電子伏特（PeV）的能量。這一發現已由 LHAASO 團隊發表於《國家科學評論》期刊。LHAASO 的首席研究員、中國科學院院士曹震領導了這項研究。
突破能量上限的意義
這一發現的重要性在於，它突破了幾十年來存在的理論限制。先前主流理論認為，銀河系內的帶電粒子只能被加速到約 1 PeV 的能量，而天鵝座 X-3 則實現了 30 倍的能量。相比之下，歐洲核子研究組織（CERN）的大型強子對撞機（LHC）達到的碰撞能量為 14 TeV，即 0.014 PeV。天鵝座 X-3 的性能約高出 2,000 倍。
30 PeV 這一能量突破了上限。約 1 PeV 的上限並非隨意數字，它對應於宇宙射線能量譜中的一個著名特徵，稱為「膝部」，在此處譜的斜率明顯變陡。幾十年來，科學家認為這一特徵反映了銀河加速器可以達到的最大能量。LHAASO 系統性地發現了超過 1 PeV 的 PeVatron，早期的發現包括蟹狀星雲及其他幾個位於 1 至 2 PeV 範圍內的源。此次在 30 PeV 的檢測是迄今為止記錄的能量最大跳躍。
部分研究人員現將天鵝座 X-3 歸類為「超 PeVatron」。
天鵝座 X-3 的特徵
天鵝座 X-3 是一個微型類星體：一個緊湊的天體，可能是黑洞或中子星，與一顆大質量伴星配對。緊湊物體從伴星的恆星風中吸積物質。這些落入的物質為相對論性噴流提供動力，這些噴流能夠將粒子加速至極高的能量。最引人注目的結果是，超高能伽馬射線信號並非恆定，而是呈現脈動。LHAASO 檢測到信號中的 4.8 小時週期性，與該雙星系統的已知軌道週期相符。這使得天鵝座 X-3 成為首個被識別的變量超高能伽馬射線源。
伽馬射線的閃光還與美國國家航空暨太空總署（NASA）費米衞星的同步觀測相互關聯。同一物理事件在不同能量尺度上被記錄。
對未來研究的啟示
通過分析這些閃光，研究人員將粒子加速區域限制在約三倍於太陽半徑的範圍內。這一小範圍位於緊湊物體周圍，是大部分 30 PeV 能量被轉移至單個粒子的地方。這些結果為研究黑洞和中子星附近發生的物理過程開闢了新的途徑。理解這類物體如何能夠將能量轉移給個別粒子至此極端水平，對於超越這一單一系統的研究具有重要意義。它提供了一個範本，用於研究銀河系中更廣泛的緊湊雙星系統。
LHAASO 位於中國西南部四川省，海拔約 14,468 英尺（4,410 米），佔地 1.36 平方公里，由中國科學院高能物理研究所運營。該觀測站自全面運營以來，已經產生了一系列重要的宇宙射線和伽馬射線發現。天鵝座 X-3 的結果是其迄今確認的最高能量檢測。
天鵝座 X-3 對宇宙物理學的影響
天鵝座 X-3 的發現不僅挑戰了現有的粒子加速理論，還為研究宇宙中極端能量的來源提供了新的視角。這一粒子加速器的性能顯示，宇宙中存在著尚未被充分理解的物理過程，尤其是在黑洞和中子星附近。這些研究結果將幫助科學家更深入地探索銀河系中的其他緊湊雙星系統，並可能揭示宇宙射線的形成機制，從而推進我們對宇宙的整體認識。