中国科学院紫金山天文台牵头的科研团队，依托“悟空”号暗物质粒子探测卫星的长期观测数据，在国际学术领域取得重要突破。该团队首次揭示了宇宙射线加速能量极限与粒子电荷之间的定量关系，相关成果于4月29日发表于《自然》期刊，为破解宇宙射线起源难题提供了关键线索。
宇宙射线作为宇宙空间中的高速粒子流，包含质子、氦核、碳核、氧核及铁核等成分，其运动速度接近光速。这些粒子主要源自超新星爆发、中子星碰撞及黑洞活动等极端天体现象，承载着极端物理环境下的重要信息。然而，人类对宇宙射线的加速机制与传播路径的认知长期存在空白，尤其是其能量上限的形成原因始终未获实证。
研究团队通过分析“悟空”号卫星10年来的观测数据，精确绘制了质子、氦、碳、氧、铁五种常见宇宙射线粒子的能量分布图谱。数据显示，这些粒子在高能段均呈现一致的“鼓包”特征，其中碳、氧、铁的测量能量上限较以往设备提升近10倍。进一步分析发现，“鼓包”出现的位置与粒子电荷数呈严格正比关系，表明宇宙射线加速源存在明确的电荷依赖性能量上限。
科研人员结合多波段观测数据推断，地球附近存在一个近距离的宇宙射线加速源，其加速能力存在物理极限。当粒子电荷数增大时，加速源对其做功的效率同步提升，但最终能量上限仍受限于源的内在特性。这一发现直接证实了宇宙射线加速能量与粒子电荷的定量关联，为构建宇宙射线传播模型提供了重要参数。
作为我国首颗空间天文卫星，“悟空”号自2015年发射以来，持续在500公里太阳同步轨道开展高能粒子探测。该卫星配备BGO量能器、硅微条探测器及塑料闪烁体探测器等先进设备，具备0.1GeV至100TeV的宽能段覆盖能力，电荷分辨率达0.15电荷单位，可精确鉴别不同核素粒子。其观测数据已支撑发表80余篇高水平论文，成为国际宇宙线研究的重要数据源。
此次突破得益于“悟空”号三项核心优势：一是能段覆盖范围比同类设备扩大3倍；二是能量测量精度提升50%；三是粒子鉴别效率达到99.9%。这些特性使其能够捕捉到传统设备难以观测的细微结构，为揭示宇宙射线加速机制提供了独特视角。研究团队表示，后续将结合欧洲核子研究中心加速器实验数据，进一步验证电荷依赖性能量极限的普适性。
