“悟空號”發現宇宙線能譜新結構

科技日報南京10月20日電 （記者金鳳）暗物質粒子探測衞星“悟空號”發現宇宙新奧妙！這一次，它的發現挑戰了經典的宇宙線傳播模型。我國綜合類學術期刊《科學通報》英文版近日刊發“悟空號”國際合作組的一篇新成果，研究人員利用衞星在2016年至2021年的觀測數據，分析得到每核子100億電子伏特（10GeV/n）到每核子5.6萬億電子伏特（5.6TeV/n）能段的宇宙線中，硼/碳比（B/C）和硼/氧比（B/O）的精確測量結果，並發現了能譜新結構。

“‘悟空號’首次以高置信度發現，在約每核子千億電子伏特（100GeV/n）以上能段，宇宙線中的B/C和B/O隨宇宙線粒子的能量升高而下降的趨勢變得平緩，這意味着經典的宇宙線傳播模型需要作出重要修改。”10月20日，論文作者之一、中國科學院紫金山天文台研究員袁強接受科技日報記者採訪時表示。

宇宙線是來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。在宇宙線中，碳核、氧核等屬於恆星核合成過程中產生的原初粒子，而硼核則主要是碳核、氧核在傳播過程中和星際物質發生碰撞後產生的次級粒子。

論文作者之一、中國科學院紫金山天文台副研究員嶽川介紹，如果宇宙線中，碳和氧核在稠密的介質中傳播，那麼將會有更大的概率碎裂，從而產生更多的硼核，反之則硼核丰度較低。因此分析宇宙線中硼核和碳核、氧核數目比例，有助於研究宇宙線的傳播過程。

“此次，‘悟空號’國際合作組在國際上首次實現對1TeV/n以上B/C和B/O進行精確測量。結果表明，在寬能段範圍內B/C和B/O明顯偏離單一冪律分佈的行為特徵。”袁強表示，經典的宇宙線傳播理論認為宇宙線的擴散係數隨能量呈冪律變化，但此次研究發現擴散係數的能量依賴關係比以往人們的認識顯得更加複雜。

研究團隊認為，此次研究對於揭示宇宙線的傳播機制以及星際介質的湍動屬性具有十分重要的意義，也意味着之前基於反物質宇宙線的暗物質間接探測的天體物理背景需要重估。