“悟空号”发现宇宙线能谱新结构

暗物质粒子探测卫星“悟空号”发现宇宙新奥妙！这一次，它的发现挑战了经典的宇宙线传播模型。我国综合类学术期刊《科学通报》英文版近日刊发“悟空号”国际合作组的一篇新成果，研究人员利用卫星在2016年至2021年的观测数据，分析得到每核子100亿电子伏特（10GeV/n）到每核子5.6万亿电子伏特（5.6TeV/n）能段的宇宙线中，硼/碳比（B/C）和硼/氧比（B/O）的精确测量结果，并发现了能谱新结构。

“‘悟空号’首次以高置信度发现，在约每核子千亿电子伏特（100GeV/n）以上能段，宇宙线中的B/C和B/O随宇宙线粒子的能量升高而下降的趋势变得平缓，这意味着经典的宇宙线传播模型需要作出重要修改。”10月20日，论文作者之一、中国科学院紫金山天文台研究员袁强接受科技日报记者采访时表示。

宇宙线是来自外太空的高能粒子，包括各种原子核、电子、高能伽马射线和中微子等。在宇宙线中，碳核、氧核等属于恒星核合成过程中产生的原初粒子，而硼核则主要是碳核、氧核在传播过程中和星际物质发生碰撞后产生的次级粒子。

论文作者之一、中国科学院紫金山天文台副研究员岳川介绍，如果宇宙线中，碳和氧核在稠密的介质中传播，那么将会有更大的概率碎裂，从而产生更多的硼核，反之则硼核丰度较低。因此分析宇宙线中硼核和碳核、氧核数目比例，有助于研究宇宙线的传播过程。

“此次，‘悟空号’国际合作组在国际上首次实现对1TeV/n以上B/C和B/O进行精确测量。结果表明，在宽能段范围内B/C和B/O明显偏离单一幂律分布的行为特征。”袁强表示，经典的宇宙线传播理论认为宇宙线的扩散系数随能量呈幂律变化，但此次研究发现扩散系数的能量依赖关系比以往人们的认识显得更加复杂。

研究团队认为，此次研究对于揭示宇宙线的传播机制以及星际介质的湍动属性具有十分重要的意义，也意味着之前基于反物质宇宙线的暗物质间接探测的天体物理背景需要重估。

（原载于《科技日报》 2022-10-21 07版 要闻）