1LHAASO J1852+0050u: GeV-100TeV Gamma-ray emission Powered by Star-forming Region?

在高耸于地球之上的西藏高原，在稀薄的空气中，一个巨大的传感器阵列正等待着某种非凡之物的出现。这些传感器是大型高海拔空气簇射观测站（简称 LHAASO）的一部分，旨在捕捉宇宙中最具能量的粒子所留下的微弱而转瞬即逝的信号。这些被称为宇宙射线（cosmic rays）的粒子是穿梭于空间的原子核，其速度接近光速。近一个世纪以来，科学家们一直好奇这些粒子究竟从何处获得了如此惊人的速度。虽然已知其中一些来自垂死恒星的剧烈爆炸，但那些能量高达一百万倍于我们最强大的粒子加速器所能创造的水平的最强粒子，却始终是一个谜。寻找这些“PeVatrons”（能够将粒子加速到如此极端能量的天体）的来源，是现代天文学伟大的探索任务之一，因为这将最终揭示驱动高能宇宙的引擎。

在最近的一项研究中，研究人员将注意力转向了天鹰座中一个特定的天空区域，那里曾观测到一个神秘的高能伽马射线源。这个被编目为 1LHAASO J1852+0.0050u 的源头，是一个巨大的、弥散的高能辐射光辉，其能量超过了一百万亿电子伏特。谜团在于识别究竟是什么创造了这种光辉。该区域挤满了已知的天文天体，包括两颗爆炸恒星的残骸和一个被称为脉冲星的快速旋转中子星。由 LHAASO 合作组研究人员领导的团队致力于确定这些熟悉的物体是否是罪魁祸首，亦或是某种更奇特的事物在起作用。

为了解开这个谜团，科学家们结合了来自多个望远镜的数据。他们重新审视了 LHAASO 四年的观测数据，这些数据提供了高能伽马射线的详细图谱，并将其与 Fermi-LAT 卫星十六年的数据相结合，后者观测的是较低能量的伽马射线。他们还利用射电望远镜观察了该区域内肉眼不可见的分子气体，这可以揭示诞生恒星的致密气体和尘埃云的存在。通过将这些不同的视角缝合在一起，研究人员能够从邻近天体的光芒中分离出主光源那微弱的信号。他们发现，这种伽马射线光辉并非一个点，而是一个与繁盛的新星摇篮相重叠的延伸区域。

团队考虑的第一个嫌疑对象是一个中年脉冲星，这是一个已经旋转了大约二十万年的致密旋转恒星。脉冲星以产生高能粒子云而闻名，这些粒子可以发射伽马射线。然而，当研究人员进行模拟以观察这一特定脉冲星是否能产生观测到的能量量时，数据并不吻合。该脉冲星本身并不具备足够的能量来解释 LHAASO 所观测到的明亮高能光辉。团队还观察了附近的爆炸恒星残骸，但距离以及该区域特定的气体类型排除了它们作为主要来源的可能性。证据指向远离这些剧烈爆炸起源的方向。

相反，数据指向了一个更为持续、但也同样剧烈的过程：大质量恒星的诞生。伽马射线源直接位于一团致密的分子气体云之上，而这正是恒星形成的原材料。在这团云气之中，存在着一个被称为 G34.26+0.15 的特定区域，这是一个大质量恒星正在诞生的场所。研究人员发现，Fermi 卫星探测到的较低能量伽马射线与年轻、形成中的恒星位置相匹配，而 LHAASO 探测到的最高能量伽马射线则与同一星团中成熟的大质量恒星的存在相一致。

科学家们提出了一个关于辐射的两部分解释。他们认为，较低能量的伽马射线是由年轻恒星强大的喷流和流出物所加速的质子产生的。这些年轻的恒星仍在聚集质量，它们活跃的活动搅动了周围的气体，将粒子加速到极高的速度。而那些能量高达一百万亿电子伏特的最高能伽马射线，很可能是由同一星团中更强大的、已成年的大质量恒星的风产生的。这些大质量恒星以极高的速度向空间吹送物质，创造出的冲击波可以将粒子加速到产生观测到的辐射所需的极端能量。

这项研究得出结论，该恒星形成区很可能是一个“PeVatron”，即一种天然的粒子加速器，能够将宇宙射线提升到此前被认为只有最剧烈爆炸才能达到的能量水平。研究人员估计，该星团包含二十到两百颗大质量恒星，它们的综合风力提供了维持这种高能发射所需的能量。虽然他们不能完全排除该区域存在其他隐藏、未被发现的脉冲星的可能性，但证据有力地支持了恒星形成区是主要的驱动引擎。这一发现为我们理解宇宙射线增添了新的篇章，表明那些混乱且充满能量的恒星诞生摇篮，完全有能力像恒星灾难性的死亡一样，创造出宇宙中最具能量的粒子。