暗物質粒子探測衛(wèi)星“悟空”國際合作組4月30日公布最新研究成果?；谛l(wèi)星數(shù)據(jù)，“悟空”首次在觀測上直接證實了宇宙射線加速能量極限的電荷依賴規(guī)律，并為地球附近存在“超級粒子加速器”提供了關鍵證據(jù)。

相關成果29日夜間在線發(fā)表于國際學術期刊《自然》。

浩瀚的大氣層外，無時無刻不在下著“粒子雨”。這些以接近光速穿行的高能粒子（如原子核、正負電子等）被統(tǒng)稱為宇宙射線。主流觀點認為，它們通常發(fā)源于超新星爆炸遺跡或黑洞吸積等極端宇宙事件，攜帶著重要的天體物理信息。百余年來，科學家一直試圖弄清它們究竟從哪來、怎么被加速到如此高的能量。為解開這些謎團，科學家需要測量宇宙射線的能譜，也就是不同能量的粒子數(shù)量分布。

a至e為“悟空”測量的質子、氦、碳、氧、鐵核能譜（圖中紅點）和其他實驗結果對比。研究顯示，5種粒子存在統(tǒng)一的能譜“鼓包”結構。（暗物質粒子探測衛(wèi)星“悟空”國際合作組供圖）

此次，“悟空”國際合作組利用衛(wèi)星在軌前9年（2016至2024年）的觀測數(shù)據(jù)，精確測量并繪制出質子、氦、碳、氧和鐵這5種不同宇宙射線粒子的能譜。研究團隊發(fā)現(xiàn)：這5種粒子的數(shù)量，都在達到某一個特定高能量點時出現(xiàn)步調一致的急劇減少，形成能譜“鼓包”結構?！斑@就像是高速公路上的汽車，速度達到某個‘極限值’后，能加速跑下去的數(shù)量突然大幅減少?！卑滴镔|衛(wèi)星首席科學家、中國科學院院士常進比喻道。

更奇妙的是，“悟空”團隊通過計算發(fā)現(xiàn)，決定這個“極限值”的是粒子所帶的電荷量而非質量。這也在實際觀測中證實了宇宙射線加速能量極限的“電荷依賴特性”?！巴ㄋc說，電荷越大的粒子，能被加速到的能量上限就越高?！卑滴镔|衛(wèi)星科學應用系統(tǒng)副總師、中國科學院紫金山天文臺研究員范一中補充說，“悟空”提供的直接觀測證據(jù)印證了20世紀60年代科學界提出的宇宙射線電荷依賴加速理論，為這一經(jīng)典理論預測提供了實證。

這個發(fā)現(xiàn)說明了什么？衛(wèi)星科學團隊成員、中國科學院紫金山天文臺研究員袁強介紹，“悟空”此次研究表明，在距離地球較近的宇宙空間里，存在著一個天然的“超級粒子加速器”。而“悟空”捕捉到的能譜“鼓包”正對應于這個加速器的“最大馬力”，即加速能力上限。“結合前期宇宙射線方向分布的研究，還可以判定，這個加速源位于遠離銀河系核心的方位。”袁強補充說。

“悟空”于2015年底發(fā)射升空，迄今已在軌運行超過10年，記錄了約185億個高能粒子事例。它的核心任務是通過高精度觀測宇宙高能粒子來尋找暗物質存在的證據(jù)，同時研究宇宙射線的起源與傳播。與國際同類空間高能粒子探測設備相比，“悟空”具備覆蓋能段寬、能量測量準、粒子甄別能力強等獨特優(yōu)勢。

“‘悟空’探測器目前依然保持著良好的狀態(tài)。隨著數(shù)據(jù)進一步積累，期待它繼續(xù)練就‘火眼金睛’，為最終揭開暗物質和高能宇宙射線起源的謎團再立新功?！背＿M說。

策劃：孫聞

記者：王玨玢

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