J1740+1000脉冲星的多波段示意图。紫色为拉索测到的超高能伽马射线辐射，红色是来自欧洲的XMM -Newton卫星测到的X射线脉冲星风云的局部尾迹。

蓝色是天关卫星观测的X射线脉冲星风云的完整尾迹

高能宇宙线的起源、加速和传播问题，被称为天体物理中的“百年谜题”。近日，研究团队利用我国天关卫星与高海拔宇宙线观测站，简称“拉索”，的联合观测，在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围，发现了一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。这一发现打破了此前认知，让人类对宇宙线有了新的认识。这条X射线尾迹是如何被发现和确认的？天关卫星和拉索发挥了怎样的作用？

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的高能粒子。中国科学院高能物理研究所研究员冯骅指出，之所以能捕捉到这么多伽马射线，是因为拉索所具有的独特本事。

冯骅：拉索是世界上在超高能伽马射线观测方面，最灵敏的一个探测器。在拉索之前，对超高能的源，所有其他望远镜探测加起来的是“一个半”，为什么说是一个半？因为一个是确定的，还有一个刚刚能看到一点，显著性不是那么高。而拉索刚刚一运行，它就立刻发表了第一批源，大概50个，今天拉索已经积累超过70个源了。

不过，这么多超高能伽马射线，其中一部分并不知道它“出生”在哪里。冯骅说，这并不意味着这些伽马射线没有来源。

冯骅：一个可能的情况是高能粒子在离开加速源后已经传播了很远，直到远离源头的位置才产生我们能够探测到的伽马射线。要理解这种现象，关键就在于找到高能粒子从哪里来，以及它们究竟如何传播。

对于其中一个超高能伽马射线的源头，近年来的观测有了一些进展。来自欧洲的观测在一颗脉冲星的周围发现了一条数光年长的 X 射线尾迹；与此同时，拉索发现的超高能伽马射线辐射就位于这条尾迹延伸的方向上。那么，这个伽马射线和那条X射线是不是都来自这颗脉冲星呢？科学家们产生了这样的猜想，但始终没有证实。

2024年，天关卫星发射成功并投入使用。冯骅介绍，天关卫星上搭载的一个FXT望远镜，具有较大的视场和较低的本底，非常适合在较大天空区域寻找暗弱的弥漫X射线结构。

冯骅：这个望远镜有两个主要的特点：第一个特点是它的视场很大，另外一个特点就是它在轨道上的粒子本底非常低。这也是促使了FXT观测天上的一些弥散的结构，就是它不是一个点状源，而是一些有结构的弥漫源的时候，它的能力远超过国际上其他的望远镜。换句话说，如果月面的亮度没那么亮，可能别的望远镜完全看不到了，但FXT仍然是能够把它看出来。

拉索无与伦比的高能伽马射线捕捉能力，加上天关卫星独一无二的弥漫性X射线观测本领。两者强强联合，像盲人摸象一样，可以对同一个物理过程，通过伽马射线和X射线来充分了解它。南京大学天文与空间科学学院博士研究生‌池奕恒解释：

池奕恒：拉索告诉我们天上哪个地方可能藏着宇宙线的加速工厂，而天关卫星则凑近去看一看里面的细节，告诉我们工厂里的车间和流水线是怎么样工作的。

通过约7万秒的观测，天关卫星发现，这条X射线尾迹远比此前看到的更长：它从脉冲星附近一路向西南方向延伸，尾巴延伸出的轨迹长达约42光年。冯骅进一步指出，天关卫星发现的这个X射线与拉索发现的伽马射线被证实来自同一个源，也就是那颗脉冲星。

冯骅：我们利用天关卫星发现了一条长达42光年的脉冲星的尾巴，而这个尾巴在空间的形态上和拉索源是完全一致的。然后它和拉索源的辐射，我们做能量的分析，能谱的分析发现它是由同一群高能电子产生的，所以这就证明了这个尾巴确确实实是产生了原来我们没有找到源头的这个拉索的辐射。

这一发现改变此前大家的认知：原来脉冲星风云中产生的高能粒子离开源头后，并没有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。那么，为什么会产生这种现象？这又为理解宇宙线的产生、演变等提供怎样的新思路？

研究团队指出，他们看到的并不是一个只存在于脉冲星附近的“小尾巴 ”，而是一条跨越数十光年的巨大高能粒子传播痕迹。这是目前已知最长的X射线脉冲星风云尾迹。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。但这次观测显示，在长达42光年的尺度上，高能粒子仍然保持明显的传播方向。为什么会出现这种现象？

中国科学院高能物理研究所研究员 冯骅：第一种就是在这个星际空间里面有非常一致的磁场，就好像铁轨一样，火车不能随便开，只能沿着铁轨开。第二种可能是这个脉冲星当时就抛射出来大量的高能粒子，向一个方向抛射出来，就好像消防栓出来的高压水龙头出来的水流一样，这个水流在很长一段时间里面都保持一个准直的状态。

目前还不能确定究竟是哪一种机制占主导，但两种解释都指向同一个重要事实：高能粒子离开脉冲星风云后，并不会总是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。冯骅强调，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：我们现在看到的辐射位置，很可能只是粒子长途旅行中的“足迹”，而不是它们的“出生地”。

冯骅：这不仅展示了空间和地面高能观测设备协同工作的独特优势，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提供了新的观测窗口。

团队成员、南京大学副教授周平提出了新的思考。这个X射线和伽马射线的源头——那颗已过中年的脉冲星，竟然还能释放出如此高能量。

周平：现在我们观测的这个脉冲星风云是一个年龄10倍超过天关客星的年老的脉冲星风云。我们通过X射线和伽马射线的联合观测发现，即便是对于比较老的脉冲星风云，它仍然在通过某种方式散发它自己的能量，而且影响了至少42光年这样一个范围的天区。这也说明像脉冲星风云这一类天体，在相当长的一段时间里都在给我们的星系产生持续的影响。