在浩瀚的宇宙中，火眼金睛的“悟空”也傳來(lái)了新消息：科研人員基于“悟空”數(shù)據(jù)，新近繪制出迄今能段最高的硼/碳、硼/氧宇宙射線粒子比能譜，并發(fā)現(xiàn)能譜新結(jié)構(gòu)。

(資料圖片僅供參考)

宇宙線是來(lái)自外太空的高能粒子，包括各種原子核、電子、高能伽馬射線和中微子等。自1912年赫斯發(fā)現(xiàn)宇宙線以來(lái)，人類對(duì)它的觀測(cè)和理論研究已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)。但時(shí)至今日，關(guān)于宇宙線的起源、加速機(jī)制以及它們?cè)谛请H空間和星系際空間中的傳播及相互作用等基本問(wèn)題依然沒(méi)有得到徹底的解答。

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，在宇宙線中，碳核、氧核等屬于恒星核合成過(guò)程中產(chǎn)生的原初粒子，而硼核則主要是碳核、氧核在傳播過(guò)程中和星際物質(zhì)發(fā)生碰撞后產(chǎn)生的次級(jí)粒子。因此，通過(guò)對(duì)宇宙線中硼/碳（B/C）和硼/氧（B/O）流量比的精確測(cè)量可以研究宇宙線在傳播路徑上的相互作用過(guò)程。

“悟空”號(hào)是我國(guó)發(fā)射的第一顆用于空間高能粒子觀測(cè)的衛(wèi)星，其核心科學(xué)目標(biāo)除了通過(guò)對(duì)電子宇宙線和伽馬射線的觀測(cè)來(lái)間接探測(cè)暗物質(zhì)粒子，還包括通過(guò)探測(cè)宇宙線核素粒子來(lái)研究宇宙線的加速和傳播機(jī)制。和國(guó)際上其它類似探測(cè)設(shè)備相比，“悟空”號(hào)覆蓋能段寬、能量測(cè)量準(zhǔn)、粒子鑒別強(qiáng)，特別是具備優(yōu)異的電荷分辨本領(lǐng)，可以對(duì)高能宇宙線核素粒子進(jìn)行高精度鑒別。

“悟空”號(hào)測(cè)量的電荷譜

2022年10月14日，基于其收集到的前六年觀測(cè)數(shù)據(jù)，“悟空”號(hào)國(guó)際合作組獲得了10 GeV/n到5.6 TeV/n能段的B/C和B/O的精確測(cè)量結(jié)果。這是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)1 TeV/n以上B/C和B/O進(jìn)行精確測(cè)量，能量上限比阿爾法磁譜儀（AMS-02）實(shí)驗(yàn)高出5倍。

“悟空”號(hào)的探測(cè)結(jié)果表明，在寬能段范圍內(nèi)B/C和B/O明顯偏離單一冪律分布的行為特征?！拔蚩铡碧?hào)首次以高置信度發(fā)現(xiàn)宇宙線B/C和B/O在相同能量（約100 GeV/n）處出現(xiàn)變硬的行為，意味著經(jīng)典的宇宙線傳播理論需要進(jìn)行重要的修改。

該結(jié)果對(duì)揭示宇宙線的傳播機(jī)制以及星際介質(zhì)的湍動(dòng)屬性具有十分重要的意義，也意味著之前基于反物質(zhì)宇宙線的暗物質(zhì)間接探測(cè)的天體物理背景需要重新估計(jì)。

“悟空”號(hào)探測(cè)的10 GeV/n-5.6TeV/n能段宇宙線硼/碳比（左）和硼/氧比（右）隨能量的變化。圖取自DAMPE collaboration (2022 Sci. Bull.)

揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞?dòng)浾?于丹丹

圖片 中科院紫金山天文臺(tái) ?暗物質(zhì)衛(wèi)星項(xiàng)目組

校對(duì) 王菲