中国科学院紫金山天文台牵头的研究团队，依托“悟空”号暗物质粒子探测卫星的观测数据，在宇宙射线研究领域取得突破性进展。该团队首次证实宇宙射线加速能量上限与粒子电荷存在正相关关系，相关成果已发表于国际权威学术期刊《自然》。这一发现为解开宇宙射线起源这一长期悬而未决的科学难题提供了关键线索。
宇宙射线是来自宇宙空间的高能粒子流，包含质子、氦核、碳核、氧核及铁核等多种原子核成分，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，被视为探索宇宙极端物理环境的天然探针。尽管科学家早在上世纪初就已发现宇宙射线，但其加速机制与起源位置始终未能明确。
研究团队通过分析“悟空”号卫星长达十年的观测数据，精确绘制出质子、氦、碳、氧、铁五种最常见宇宙射线粒子的能谱分布。数据显示，这些粒子在特定高能区间均呈现一致的“鼓包”特征，其中碳、氧、铁的观测能量上限较此前研究提升近十倍。进一步分析发现，“鼓包”位置与粒子电荷量呈现严格的线性关系——电荷量越大，加速能量上限越高。
这一规律与1961年丹麦物理学家提出的理论预期高度吻合。该理论认为，宇宙射线加速过程存在电荷依赖的能量上限，但受限于当时观测设备的精度与能量覆盖范围，六十余年来始终缺乏实验验证。“悟空”号凭借其0.1TeV至100TeV的宽能区探测能力及高分辨率，首次捕捉到这一关键证据。
研究团队指出，地球附近存在一个近距离宇宙射线加速源，其加速能力存在电荷相关的物理极限。当粒子电荷量超过特定阈值时，加速过程将无法突破能量上限，从而在能谱上形成“鼓包”结构。这一发现不仅验证了半个多世纪前的理论预言，更为构建完整的宇宙射线加速模型奠定了观测基础。
“悟空”号暗物质粒子探测卫星自2015年发射以来，已在地球同步轨道稳定运行超十年。其搭载的BGO量能器、塑料闪烁体探测器及硅微条探测器组成的复合探测系统，能够精确区分不同种类的宇宙射线粒子，并测量其能量与入射方向。此次突破性成果充分彰显了我国在空间高能天体物理领域的领先地位。
