“悟空”號發(fā)現(xiàn)宇宙射線加速能量極限的電荷依賴規(guī)律
來源：環(huán)球網(wǎng) 時間：2026-05-07 11:18
5月6日消息，據(jù)《自然》（Nature）報道，近日，中國科學(xué)院紫金山天文臺等國際研究團(tuán)隊(duì)，基于“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，證明鄰近地球的空間中，存在宇宙射線加速源。這一結(jié)果為20世紀(jì)60年代提出的電荷依賴加速模型給出了直接觀測證據(jù)，為最終解開宇宙射線起源之謎提供了關(guān)鍵線索。
資料顯示，宇宙空間存在著大量以接近光速穿行的高能粒子流，這些粒子包括各種原子核、正負(fù)電子、高能伽馬射線和中微子等，統(tǒng)稱為宇宙射線。宇宙射線被認(rèn)為起源于超新星爆炸的遺跡、高速旋轉(zhuǎn)的中子星、吸積黑洞等極端天體，是研究極端條件下天體環(huán)境和物理規(guī)律的信使。宇宙射線能譜表示粒子數(shù)目隨能量的分布關(guān)系，蘊(yùn)含著豐富的物理信息。隨著能量升高，粒子數(shù)目急劇減少。精確測量宇宙射線中各種組分粒子的能譜，是研究宇宙射線物理的核心任務(wù)，也是揭示宇宙射線起源這一重大科學(xué)問題的關(guān)鍵途徑。
據(jù)了解，“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星，是中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首發(fā)星，也是我國首顆空間天文衛(wèi)星，主要通過高精度觀測宇宙高能粒子和輻射來研究宇宙射線的起源和傳播，并間接探測暗物質(zhì)粒子。
該衛(wèi)星迄今已在軌平穩(wěn)運(yùn)行超過10年，探測到約185億個高能粒子事例。與國際同類空間高能粒子探測設(shè)備相比，“悟空”號覆蓋能段寬、能量測量準(zhǔn)、粒子甄別能力強(qiáng)，在萬億至千萬億電子伏特能區(qū)具有獨(dú)到的優(yōu)勢。基于衛(wèi)星前9年的觀測數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)精確測得了質(zhì)子、氦、碳、氧和鐵等5種豐度最高的宇宙射線粒子在超寬能段內(nèi)的能譜，首次直接探測到它們在高能段存在共同且顯著的“鼓包”狀結(jié)構(gòu)。其中，碳、氧和鐵的最高有效測量能量較以往提升近10倍，且置信水平超99.999%。
宇宙射線源加速粒子的能量上限與電荷成正比，磁場約束環(huán)境中的粒子加速應(yīng)遵循這一關(guān)系，被稱為Peters循環(huán)。Peters循環(huán)奠定了后續(xù)所有電荷依賴模型的基礎(chǔ)，但長期以來，這一關(guān)系并沒有在實(shí)驗(yàn)上獲得驗(yàn)證。綜合分析表明，“悟空”號最新觀測結(jié)果證實(shí)：地球近鄰存在一個宇宙射線加速源，多種粒子能譜的統(tǒng)一“鼓包”結(jié)構(gòu)，對應(yīng)的是該源的加速能力上限。“悟空”號這一最新結(jié)果首次對六十余年前提出的宇宙射線電荷依賴加速模型給出直接觀測證據(jù)，對揭開宇宙射線起源之謎有重要意義。
據(jù)悉，目前，“悟空”號探測器狀態(tài)良好，仍將持續(xù)在軌運(yùn)行并不斷積累更多高質(zhì)量數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)的進(jìn)一步積累和分析的深入，有望取得更多重要成果，為最終揭開高能宇宙射線的起源和加速之謎作出重要貢獻(xiàn)。
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