“悟空”號立新功 用火眼金睛“看清”宇宙線氦核能譜

5月19日，記者從中國科學院紫金山天文台新聞發佈會獲悉，基於“悟空”號前四年半的在軌觀測數據，來自該台等單位的研究人員，成功獲得宇宙線氦核從70GeV（十億電子伏特）至80TeV（萬億電子伏特）能段的精確能譜測量結果，並探測到氦核能譜新結構。這是國際上首次利用空間實驗實現對10TeV以上能段氦核宇宙線能譜的精確測量，對揭示高能宇宙線的起源以及加速機制具有十分重要的意義。相關研究成果發表於《物理評論快報》上。

我們賴以生存的地球無時無刻不在經受來自外太空高能粒子的轟擊，這些粒子包括各種原子核、正負電子、高能伽馬射線和中微子等，它們統稱為宇宙線。所謂宇宙線能譜就是宇宙線的數目隨着能量變化的關係。它藴含有豐富的關於宇宙線的物理信息，精確測量宇宙線的能譜是研究宇宙線物理的核心任務。

“悟空”號是我國發射的第一顆用於空間高能粒子觀測的衞星，它的主要使命是間接探測暗物質粒子並研究宇宙線物理。

“和國際上其他類似探測設備相比，‘悟空’號覆蓋能段寬、能量測量準、粒子鑑別強，在高能正負電子和核素宇宙線的觀測方面位居世界前列。”中國科學院紫金山天文台研究員袁強指出。

質子和氦核是宇宙線中最豐富的兩種粒子，數量約佔宇宙線的99%。“悟空”號探測器具有優異的電荷分辨本領，可以對高能宇宙線氦核進行有效鑑別，進而實現對氦核能譜的精確測量。

研究人員用“悟空”號前四年半的觀測數據，獲得的宇宙線氦核從70GeV至80TeV能段的精確能譜測量結果意義重大。該測量結果確認了氦核能譜在TeV能量處存在變硬特徵，並且首次以高置信度揭示出氦核能譜在約34TeV處存在能譜變軟的結構。

和以往實驗結果相比，“悟空”號的結果在TeV以上能段精度顯著提高。“這次測量的氦核能譜和‘悟空’測量的質子能譜體現出非常類似的行為，預示着它們存在共同的起源。”中國科學院紫金山天文台副研究員、“悟空”科學團隊成員嶽川説。

袁強強調，目前“悟空”號已進入二次延壽運行階段，探測器狀態良好，仍在不斷積累高質量觀測數據。隨着數據的進一步積累和分析的深入，“悟空”號有望取得更多的重要成果，為最終揭開高能宇宙線的起源和加速之謎作出重要的貢獻。