宇宙射線從哪來？“悟空”號找出答案！

來源：光明日報

本報南京5月1日電（記者崔興毅、蘇雁）當你仰望星空時，無數接近光速的高能粒子——宇宙射線正日夜不停地轟擊著地球。它們從哪兒來、怎樣被加速到如此驚人的能量？這個問題困擾了科學家超過一個世紀。我國“悟空”號暗物質粒子探測衛星帶來了一條關鍵線索：宇宙射線源在加速粒子時并非一視同仁，帶電荷越多的粒子能被加速到的能量上限就越高。4月29日，這一發現在線發表于國際學術期刊《自然》。

宇宙射線里含有質子、原子核等各種粒子，把它們按能量統計的數目多少畫出一條曲線，就是宇宙射線能譜。能譜里藏著宇宙射線起源的密碼。由于以往空間實驗探測能力有限，高能區的能譜長什么樣一直看不清楚。

由中國科學院院士常進領銜的團隊，利用“悟空”號前9年記錄的約185億個高能粒子事例，一次性看清了宇宙中含量最高的5種粒子——質子、氦、碳、氧和鐵的能譜。結果令人驚喜：它們的高能段齊齊出現了一個“鼓包”，像是在能譜上鼓起了一個包。其中碳、氧、鐵的最高有效能量測量范圍被拓展了近10倍，正是看的能量夠高，才讓這個“鼓包”浮出水面。

更重要的是，“鼓包”出現的位置與粒子所帶的電荷數成正比，而與粒子質量無關。研究團隊結合宇宙射線方向分布的大尺度觀測進行綜合分析，判斷這個“鼓包”其實反映的是一個鄰近地球的宇宙射線加速源的能力“天花板”：這個加速源能把粒子推到多高的能量，取決于這個粒子帶多少電荷。

專家表示，這印證了丹麥物理學家彼得斯在1961年提出的“彼得斯循環”假說——在磁場約束下，粒子加速的能量極限與其電荷成正比。60多年來，這一假說因觀測精度不夠一直懸而未決。“悟空”號憑借寬能段、高精度和超強的粒子識別能力，首次給這個“電荷依賴”的粒子加速理論預言提供了直接實驗證據。

據悉，“悟空”號于2015年底發射，設計壽命3年，至今已在軌健康運行超過10年。它的探測器狀態良好，仍在不斷積累更高質量數據。隨著“火眼金睛”看得更久，人們距離揭開宇宙射線發源地的面紗將越來越近。

《光明日報》（2026年05月02日 03版）