火眼金睛看能谱 精确测量宇宙线的能谱是研究宇宙线物理的核心任务

2021-06-15 16:09:56

5月19日,记者从中国科学院紫金山天文台新闻发布会获悉,基于“悟空”号前四年半的在轨观测数据,来自该台等单位的研究人员,成功获得宇宙线氦核从70GeV(十亿电子伏特)至80TeV(万亿电子伏特)能段的精确能谱测量结果,并探测到氦核能谱新结构。这是国际上首次利用空间实验实现对10TeV以上能段氦核宇宙线能谱的精确测量,对揭示高能宇宙线的起源以及加速机制具有十分重要的意义。相关研究成果发表于《物理评论快报》上。

我们赖以生存的地球无时无刻不在经受来自外太空高能粒子的轰击,这些粒子包括各种原子核、正负电子、高能伽马射线和中微子等,它们统称为宇宙线。所谓宇宙线能谱就是宇宙线的数目随着能量变化的关系。它蕴含有丰富的关于宇宙线的物理信息,精确测量宇宙线的能谱是研究宇宙线物理的核心任务。

“悟空”号是我国发射的第一颗用于空间高能粒子观测的卫星,它的主要使命是间接探测暗物质粒子并研究宇宙线物理。

“和国际上其他类似探测设备相比,‘悟空’号覆盖能段宽、能量测量准、粒子鉴别强,在高能正负电子和核素宇宙线的观测方面位居世界前列。”中国科学院紫金山天文台研究员袁强指出。

质子和氦核是宇宙线中最丰富的两种粒子,数量约占宇宙线的99%。“悟空”号探测器具有优异的电荷分辨本领,可以对高能宇宙线氦核进行有效鉴别,进而实现对氦核能谱的精确测量。

研究人员用“悟空”号前四年半的观测数据,获得的宇宙线氦核从70GeV至80TeV能段的精确能谱测量结果意义重大。该测量结果确认了氦核能谱在TeV能量处存在变硬特征,并且首次以高置信度揭示出氦核能谱在约34TeV处存在能谱变软的结构。

和以往实验结果相比,“悟空”号的结果在TeV以上能段精度显著提高。“这次测量的氦核能谱和‘悟空’测量的质子能谱体现出非常类似的行为,预示着它们存在共同的起源。”中国科学院紫金山天文台副研究员、“悟空”科学团队成员岳川说。

袁强强调,目前“悟空”号已进入二次延寿运行阶段,探测器状态良好,仍在不断积累高质量观测数据。随着数据的进一步积累和分析的深入,“悟空”号有望取得更多的重要成果,为最终揭开高能宇宙线的起源和加速之谜作出重要的贡献。

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