本报讯  近日，“悟空”号首席科学家常进院士领导的国际科学团队在宇宙线观测研究方面取得重要成果。研究团队基于“悟空”号九年的在轨观测数据，首次直接观测到质子、氦、碳、氧及铁五种宇宙线原子核能谱存在统一的软化拐折结构，并发现宇宙射线加速能量极限的电荷依赖规律，为揭开宇宙射线起源之谜提供了重要线索。相关研究成果于4月29日发表在《自然》上。

“悟空”号是中国科学院空间科学战略先导专项首发星，也是我国首颗空间天文卫星，主要通过对空间高能宇宙线进行直接观测而间接寻找暗物质粒子。卫星于2015年底发射，已在轨平稳运行超过10年，下传了约185亿个高能粒子数据。与国际同类空间高能粒子探测设备相比，“悟空”号覆盖能段宽、能量测量准、粒子甄别能力强，在万亿至千万亿电子伏特能区（电子伏特是能量单位，记作eV；可见光光子的能量约为几eV）具有独到的优势。

“悟空”号国际合作组基于9年的观测数据，完成了质子、氦、碳、氧和铁五种丰度最高的宇宙线原子核能谱特征分析。首次直接探测到它们在高能段存在共同且显著的“鼓包”状结构。其中碳、氧和铁的测量最高能量较以往提升近10倍，这是上述高能段能谱新特征得以被发现的关键。研究结果同时表明，能谱“鼓包”结构出现的位置正比于粒子电荷，并以超过99.999%的置信水平排除了正比于粒子质量的模型。

“悟空”号的本次结果与其他对宇宙射线大尺度各向异性观测相结合，表明地球邻近区域存在重要的宇宙射线加速源，该源的贡献在~15 TV（15万亿伏特）处占主导，多种粒子能谱中统一的软化拐折结构对应了源的加速能力上限。“悟空”号的这一观测，首次对20世纪60年代提出的粒子加速模型给出直接证据，为理解宇宙射线起源问题做出了重要贡献。

此项成果由我校与中国科学院紫金山天文台、近代物理研究所、高能物理研究所以及瑞士日内瓦大学、意大利多家研究机构共同完成。其中，科大团队是DAMPE国际合作组内的平行分析团队。物理学院黄光顺教授、张云龙教授和魏逸丰副教授团队围绕碳、氧、铁三种宇宙线原子核展开了持续深入的研究，作出了突出贡献。该团队在合作组中率先开展了碳和氧宇宙线分析，相关工作也是武利波（现为深空探测实验室副研究员）的博士论文课题。铁是原初宇宙线中丰度最高的重原子核，容易碎裂且电荷分辨难度大，孙浩然、聂宇和陈沛东三位博士生就此开展了系统性攻关，大大加速了合作组内不同分析小组结果的收敛。

该研究得到了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院的大力支持。

“悟空”号的载荷核心分系统BGO量能器由原核探测与核电子学国家重点实验室研制。自2009年起，该实验室作为重要成员参与了卫星工程前期论证和预研工作，并完成了地面原理样机研制。2012年“悟空”卫星工程正式立项后，该团队攻克了“BGO晶体大动态范围读出”关键技术难题，成功研制了BGO量能器。2015年暗物质粒子探测卫星科学合作组正式成立，该实验室师生在科学合作组中承担了重要研究任务，深入参与“悟空”卫星在轨探测和科学数据分析工作。系列重要物理成果的陆续产出，也充分印证了该团队研制的BGO量能器性能优异、质量可靠。

（粒子科学与技术中心 近代物理系 物理学院 科研部）