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紫金山天文臺 “悟空”的火眼金睛又發(fā)現(xiàn)了啥？中科院紫金山天文臺發(fā)布重要成果

本文轉(zhuǎn)自【揚子晚報】；
“悟空”發(fā)現(xiàn)宇宙線能譜“拐折”，挑戰(zhàn)宇宙線加速世紀(jì)謎題
距離地球500公里的軌道上，我國第一顆天文衛(wèi)星“悟空”號以日行65萬公里的速度遨游太空，“捕捉”著四面八方的宇宙射線。5月19日，“悟空”號合作組發(fā)布了宇宙線氦核的精確能譜測量最新結(jié)果，專家發(fā)現(xiàn)氦核能譜也存在類似質(zhì)子譜的拐折結(jié)構(gòu)，這為人類進(jìn)一步理解宇宙線起源這一世紀(jì)謎題提供了重要實驗觀測數(shù)據(jù)。
【 紫金山天文臺|“悟空”的火眼金睛又發(fā)現(xiàn)了啥？中科院紫金山天文臺發(fā)布重要成果】“悟空”號相繼在正負(fù)電子、質(zhì)子和氦核宇宙射線測量方面取得國際領(lǐng)先的成果，標(biāo)志著我國的空間高能粒子探測研究已躋身世界最前列。
什么是宇宙線？
人類進(jìn)行了一個世紀(jì)的追索
5月19日，中科院紫金山天文臺舉行“悟空”號宇宙射線成果新聞發(fā)布會，邀請有關(guān)專家對這一成果進(jìn)行詳細(xì)解讀。中科院高能物理研究所研究員畢效軍告訴采訪人員，宇宙線，也稱作宇宙射線，早在1912年就已被發(fā)現(xiàn)，與之相關(guān)的研究已經(jīng)獲得數(shù)個諾貝爾獎，但迄今為止人類仍未發(fā)現(xiàn)其確切起源。關(guān)于宇宙線從何而來，目前研究認(rèn)為是起源于超新星爆炸的遺跡或者黑洞吸積等極端天體物理過程。
畢效軍說，人類對宇宙線的觀測和研究已經(jīng)長達(dá)一個世紀(jì)，但時至今日，關(guān)于宇宙線的起源、加速機制以及它們在宇宙空間中的傳播及相互作用等基本問題仍然沒有得到徹底的解答。為此世界各國建立了越來越多的宇宙線觀測站。“悟空”號是我國發(fā)射的第一顆用于空間高能粒子觀測的科學(xué)衛(wèi)星，它的主要使命是間接探測暗物質(zhì)粒子并研究宇宙線物理和高能伽馬射線天文。
“悟空”號有哪些優(yōu)勢？
精確測量高能段宇宙線粒子
一直以來，高能段宇宙線能譜的精確測量是一件非常困難的事。紫金山天文臺研究員袁強說，和國際上其它類似探測設(shè)備相比，“悟空”號覆蓋能段寬、能量測量準(zhǔn)、粒子鑒別強，在高能正負(fù)電子和核素宇宙線的觀測方面位居國際前列。
質(zhì)子和氦核是宇宙線中豐度最高的兩種粒子，其數(shù)目占宇宙線的約99%。“悟空”探測器具有優(yōu)異的電荷分辨本領(lǐng)，可以對高能宇宙線質(zhì)子和氦核進(jìn)行有效鑒別，進(jìn)而分別實現(xiàn)對質(zhì)子和氦核能譜的精確測量。
準(zhǔn)確測量宇宙線的能譜是研究宇宙線物理的核心任務(wù)。“對宇宙線能譜的研究，就好比‘人口普查’。”袁強介紹說，“高能和低能粒子的分布情況，能反映宇宙線里面結(jié)構(gòu)性的問題，從而有望進(jìn)一步將宇宙線如何獲得加速，宇宙線的源頭又出現(xiàn)在哪里等等未解之謎一一揭開。”
這一次“悟空”又發(fā)現(xiàn)了啥？
能譜出現(xiàn)神秘“拐折”
袁強說，利用“悟空”號收集的前兩年半的數(shù)據(jù)，2019年合作組獲得了從40 GeV到100 TeV能段的質(zhì)子宇宙線精確能譜，揭示出在寬能段范圍內(nèi)質(zhì)子能譜明顯偏離理論預(yù)期的冪律能譜的行為特征。特別是在能量約14 TeV處的能譜拐折結(jié)構(gòu)系由“悟空”號首次以高置信度觀測到，該能量可能對應(yīng)于宇宙線源的加速上限。
“悟空”號新成果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。“氦核能譜和質(zhì)子能譜體現(xiàn)出非常類似的行為，預(yù)示著它們存在共同的起源。”紫金山天文臺馬鵬雄博士說，“悟空”號質(zhì)子和氦核結(jié)果還表明，二者能譜拐折的位置近似正比于其電荷。這一新的拐折結(jié)構(gòu)及其電荷依賴的特性預(yù)示著，它們可能來自鄰近地球的某個宇宙線加速源，拐折能量對應(yīng)于該源的加速上限。
那么這一宇宙線源究竟來自哪里？有科學(xué)家提出，它可能是離地球比較近的某個超新星的遺跡。但現(xiàn)有觀測尚不足以準(zhǔn)確定位這一來源。
“悟空”已經(jīng)第二次“延壽”！
仍在不斷觀測數(shù)據(jù)
自2015年12月17日“悟空”號發(fā)射升空，“悟空”號已經(jīng)在太空漫游五年半時間了。它的設(shè)計壽命為3年，已進(jìn)入二次“延壽”運行階段。目前探測器狀態(tài)良好，仍在不斷積累高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)。
紫金山天文臺副臺長毛瑞青告訴采訪人員，“悟空”號衛(wèi)星的三大科學(xué)目標(biāo)是間接探測暗物質(zhì)粒子、破解宇宙線起源和傳播謎題、研究伽馬射線天文現(xiàn)象，今后的科學(xué)研究仍然重點圍繞這三個問題開展。隨著數(shù)據(jù)的進(jìn)一步積累和分析的深入，“悟空”號有望取得更多的科學(xué)成果，為最終揭開高能宇宙線的起源和加速之謎做出重要的貢獻(xiàn)。
“悟空”號團隊成員、紫金山天文臺副研究員岳川告訴采訪人員，每天清晨和傍晚，“悟空”號都會路過中國上空，位于密云、喀什、三亞的數(shù)據(jù)接收站啟動程序，接收它回傳的約16GB/天的原始數(shù)據(jù)。（采訪人員 于丹丹）

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