天关联手拉索：42光年X射线长尾改写宇宙线"各向同性扩散"假设

2026年9月21日，中国科学院高能物理研究所与南京大学的联合团队在《中国科学：物理学 力学 天文学》（英文版）发表论文：我国天关卫星与拉索（LHAASO）联手，在一颗距地球约4600光年的脉冲星周围，发现一条延伸约42光年的超长X射线尾迹。这条尾迹与拉索探测到的超高能伽马射线辐射同向延伸、空间高度吻合，证明高能粒子离开加速源后能在数十光年尺度上保持定向传播，直接挑战了宇宙线"isotropic diffusion"（向各方向均匀随机扩散）的经典假设。

一颗"无主"伽马射线源引发的追问

宇宙线是来自外太空的高能带电粒子，可在超新星遗迹、脉冲星、黑洞等极端天体附近被加速到接近光速。拉索擅长捕捉能量极高的伽马射线，其中一部分来自能量超过千万亿电子伏特（PeV）的粒子。近年来拉索发现了一批超高能伽马射线源，但其中部分源附近找不到明显的天体可以作为"源头"。一种可能是：高能粒子离开加速源后已传播很远，直到远离源头的位置才产生我们能探测到的伽马射线。

这颗脉冲星编号为PSR J1740+1000，是一颗中年脉冲星。欧洲XMM-Newton望远镜此前已在它周围发现一条数光年长的X射线尾迹，而拉索探测到的超高能伽马射线恰好位于尾迹延伸方向上。问题在于，伽马射线出现在这条"小尾巴"之后，二者中间似乎对不上，研究人员无法确认它们是不是同一批高能粒子留下的"足迹"。

天关的"广角暗视力"看清了42光年长尾

转机来自天关卫星。它搭载的FXT视场大、本底低，擅长在广阔天区搜寻暗弱弥漫的X射线结构。经过约7万秒观测，天关看清了尾迹的全貌：它从脉冲星附近一路向西南方向延伸，最长约32角分，相当于满月的视直径；在4600光年距离上，约合42光年。这是迄今已知最长的X射线pulsar wind nebula尾迹。

展示脉冲星PSR J1740+1000向西南方向延伸约42光年的X射线尾迹，与拉索超高能伽马射线辐射区在空间上重合的关系

同一批电子，两种波段的足迹

联合观测的关键不止于位置对应，更在于两种辐射可由同一批高能电子解释。这些电子在脉冲星风云中获得高能量，沿尾迹传播时在星际磁场中运动并产生synchrotron radiation，其中一部分以X射线形式被天关捕获；同时，它们与星际空间的低能光子碰撞，把光子能量抬升到极高水平，形成拉索看到的超高能伽马射线。X射线与伽马射线就像同一批粒子在两个波段分别留下的"足迹"，空间位置和能谱都相互对应。

定向传播如何挑战经典假设

在教科书式的图像里，高能粒子进入星际空间后会受磁场扰动，迅速向各个方向均匀散开，这就是所谓"isotropic diffusion"。但这次观测显示，在长达42光年的尺度上，粒子仍保持着清晰的传播方向：它们没有像烟花一样四散，而是像列车沿一条狭窄"轨道"定向疾驰了数十光年。这意味着我们过去寻找超高能伽马射线源时，看到的辐射位置可能只是粒子长途旅行后的"驿站"，而非它的"出生地"。

左侧为高能粒子沿磁轨道定向传播数十光年，右侧为经典假设中粒子向四面八方均匀随机扩散，两种形态形成鲜明对比

两种机制，仍未定论

粒子为何能"走"这么远？研究团队提出两种可能解释。其一，星际磁场较为有序，粒子主要沿磁场方向传播，垂直方向运动被抑制，如同行驶在一条狭长的磁轨道上；其二，脉冲星风云尾部存在持续向外运动的物质流，把高能粒子一路携带到远处，类似高压水枪。目前尚不能确定哪种机制占主导，但两种解释都指向同一事实：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。

从罕见事件到常态协作

拉索首席科学家曹臻院士评价，这一成果"对整个辐射机制的拼图给出了一个全面的解释"，是"两个装置独自所不能实现的"，堪称1+1大于2。值得一提的是，风行天的有效面积不到XMM-Newton的四分之一、观测时间不到其六分之一，却看到了延展得多也暗弱得多的尾巴；由于天关与拉索同由高能所粒子天体中心牵头研制运行，可以直接协调资源、以共同作者形式发表，开创了国内大科学装置深度协同的新机制。

本次发布的只是第一期成果，第二篇论文已在投稿。据团队透露，他们正推动多台装置围绕同一目标开展联合观测，让这种"天地联手"从罕见事件变成常态。这次观测的脉冲星PSR J1740+1000距地球约4600光年，那条42光年的长尾对应的天区张角约32角分，不到一个满月的宽度；拉索为此叠加分析了1900多天的观测数据，论文于2026年9月21日在线发表于《中国科学：物理学 力学 天文学》（英文版）。

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