“悟空”號(hào)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(shí)間：2026-05-07 11:18
5月6日消息，據(jù)《自然》（Nature）報(bào)道，近日，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)等國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，基于“悟空”號(hào)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星觀測(cè)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(cè)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(cè)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(hào)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星，是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首發(fā)星，也是我國(guó)首顆空間天文衛(wèi)星，主要通過高精度觀測(cè)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(cè)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(cè)到約185億個(gè)高能粒子事例。與國(guó)際同類空間高能粒子探測(cè)設(shè)備相比，“悟空”號(hào)覆蓋能段寬、能量測(cè)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(shì)?；谛l(wèi)星前9年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)精確測(cè)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(cè)到它們?cè)诟吣芏未嬖诠餐绎@著的“鼓包”狀結(jié)構(gòu)。其中，碳、氧和鐵的最高有效測(cè)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(chǎng)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(zhǎng)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(hào)最新觀測(cè)結(jié)果證實(shí)：地球近鄰存在一個(gè)宇宙射線加速源，多種粒子能譜的統(tǒng)一“鼓包”結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的是該源的加速能力上限?！拔蚩铡碧?hào)這一最新結(jié)果首次對(duì)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(cè)證據(jù)，對(duì)揭開宇宙射線起源之謎有重要意義。
據(jù)悉，目前，“悟空”號(hào)探測(cè)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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