图:宇宙线与巨分子云内的气体相互作用产生伽马射线，LHAASO利用大气簇射探测信号。右上角为论文能谱结果示意。
近日，我校LHAASO团队参与的巨分子云伽马射线研究取得重要进展。LHAASO合作组利用长期观测数据，对太阳系附近五个巨分子云开展联合分析，首次在甚高能至超高能能段探测到来自这组巨分子云的伽马射线信号。相关成果以“LHAASO detection of ultrahigh-energy γ-ray emission towards giant molecular clouds”为题发表在Nature子刊《Nature Astronomy》上。论文由LHAASO合作组共同署名，我校青年教师于艳红为论文的主要完成人，是该论文的通讯作者之一。
宇宙线是来自宇宙空间的高能带电粒子，在银河系磁场中传播时方向不断改变，难以直接追溯其来源。宇宙线中的高能质子等原子核与星际气体碰撞后可产生伽马射线，因此富含气体的巨分子云可作为探测当地宇宙线的天然探针。研究选取了太阳系周围约一千秒差距范围内、位于较高银纬且处于LHAASO视场内的Hercules、Monoceros、Orion、Perseus和Taurus五个巨分子云，分别使用水切伦科夫探测器阵列（WCDA）979天和平方公里阵列（KM2A）1733天的有效观测数据。由于单个分子云的伽马射线信号较弱，研究团队按气体柱密度对五个分子云进行堆叠分析，WCDA和KM2A数据分别获得约5.0σ和5.9σ的探测显著性。测得的伽马射线能谱与根据本地宇宙线能谱及其同星际气体发生强子相互作用所预期的辐射总体一致。团队还利用KM2A数据搜索宇宙线能谱“膝”结构可能对应的伽马射线能谱转折。目前尚未显著探测到观测结果与质子宇宙线的“膝”位于约0.9 PeV或更高能区的情形总体相容。
研究表明，巨分子云能够为银河系不同区域的宇宙线分布和能谱提供较为局域的观测信息，也为从伽马射线角度约束宇宙线“膝”提供了新途径。随着LHAASO观测数据的积累，相关方法有望扩展到更多分子云。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41550-026-02975-7
(物理学院 于艳红)