暗物质卫星“悟空”最新成果公布 已绘出迄今最精确高能氦原子核宇宙射线能谱

5月19日上午，中国科学院紫金山天文台召开“悟空”号卫星宇宙线成果新闻发布会，发布最新研究成果：基于四年半的在轨观测数据，暗物质卫星“悟空”号已绘出迄今最精确的高能氦原子核宇宙射线能谱，并观察到能谱新结构。这一发现可能预示存在一处未知的宇宙射线源。这也是“悟空”号继精确测量电子能谱、绘制高能质子宇宙射线能谱后，第三次发布重要科学成果，标志着我国在空间高能粒子探测方面已跻身世界最前列。孙悟空有一双火眼金睛，能洞察世间万物。我国自主研发的“悟空”号卫星也有“火眼金睛”，它的主要使命是间接探测暗物质粒子、研究宇宙线物理和高能伽马射线天文。

此次发布会主要发布的是“悟空”号在宇宙线的探测研究上取得的成果。什么是宇宙线?“我们赖以生存的地球无时无刻不在经受来自外太空中高能粒子的轰击，这些粒子包括各种原子核、正负电子、高能伽马射线和中微子等，它们统称为宇宙线，被称为传递宇宙大事件的‘信使’。”中国科学院紫金山天文台研究员袁强举例说，人口普查通过普查发现社会上各个年龄阶段的人口是多少，反映出人口结构性的问题。他们所从事的研究与人口普查有些相似，通过测量不同能量段的宇宙线粒子数目，高能的多少、低能的多少，从而反映宇宙线的结构性问题。

袁强解释说，这里面的问题很多，包括宇宙线是怎么一步步把能量加速上去的，宇宙线的源头来自哪里，有人认为起源于超新星爆炸的遗迹，也有人认为起源于黑洞吸积等极端天体物理过程。不同的来源、不同的理论，会产生不同的宇宙线能谱，因此宇宙线是极端条件下天体环境和物理规律的信使。他们的工作就是通过测量宇宙线能谱，分析高能宇宙线粒子在极端的天体环境里是怎样加速和传播的。

人类对宇宙线的观测和研究已经长达一个世纪，但时至今日，关于宇宙线的起源、加速机制以及它们在宇宙空间中的传播及相互作用等基本问题仍然没有得到彻底的解答。

中科院高能物理研究所研究员毕效军介绍，在宇宙中，质子和氦核是宇宙线中丰度最高的两种粒子，其数目占宇宙线的约99%。“悟空”号具有优异的电荷分辨本领，可以对高能宇宙线质子和氦核进行有效鉴别，进而分别实现对质子和氦核能谱的精确测量。

“基于四年半的在轨观测数据，‘悟空’号国际合作组获得了宇宙线氦核70　GeV至80　TeV能段的精确能谱测量结果。”中科院紫金山天文台副研究员岳川告诉记者，宇宙线的数目随着能量的关系称为其能谱。和以往实验结果相比，“悟空”号的测量结果在TeV以上能段的精度显著提高。氦核能谱和质子能谱表现出非常类似的行为，这预示着它们存在共同的起源。“悟空”号质子和氦核的探测结果还表明，二者能谱拐折的位置近似正比于其电荷。这一新的拐折结构及其电荷依赖的特性预示着它们可能来自邻近地球的某个宇宙线加速源，拐折能量对应于该源的加速上限。

“我们还发现，这些实验数据与1949年费米提出的经典宇宙射线加速理论预期之间存在一定偏差，需要对理论进行修正。”袁强说。

据介绍，“悟空”号是我国发射的第一颗天文卫星，于2015年12月17日升空工作，原计划在天运行3年。目前，“悟空”号已进入第二次延寿运行阶段，探测器状态良好，仍在不断积累高质量观测数据。随着数据的进一步积累和分析的深入，“悟空”号有望取得更多的重要成果，为最终揭开高能宇宙线的起源和加速之谜做出重要的贡献。一系列国际领先的成果，标志着我国的空间高能粒子探测研究已跻身世界最前列。（记者　许琴  通讯员　周团辉）

关键词： 科学家 高能 氦原子 能谱