太空望遠鏡揭示了一個多世紀以來引起科學家興趣的宇宙模式

太空望遠鏡檢測到了宇宙粒子的普遍模式，研究人員自 1912 年以來一直試圖識別這種模式。 DAMPE 衛星在從輕質子到鐵原子核的幾個宇宙射線核中發現了相同的特徵。這項發現發表在《自然》雜誌上，經過數十年的科學爭論，最終可能揭示這些粒子是如何加速並在宇宙中傳輸的。

研究指出了一個共同的物理原理，它控制著所有這些粒子的行為，無論它們的品質或成分如何。科學家在對照替代模型驗證這一理論時達到了 99.999% 的置信度，為現代天文物理學創造了一個重要的里程碑。

所有粒子中出現的圖案

DAMPE 資料揭示了幾種宇宙射線中一種稱為光譜軟化的現象。在達到一定的剛性閾值（特別是 15 太電子伏特左右）後，檢測到的粒子數量突然下降。這種急劇減少在質子、氦、碳、氧和鐵中一致出現。

日內瓦大學核子與粒子物理系副教授、研究的合著者 Andrii Tykhonov 解釋了這些粒子的組成及其能階：

• 質子：宇宙射線的初級粒子
• 氦、碳、氧和鐵核：次要成分
• 低能量：高達數十億電子伏
• 中間能量：幾十億到幾千億電子伏
• 高能量：1兆電子伏以上

剛度（以太電子伏特為單位）描述了帶電粒子在空間中傳播時抵抗磁場彎曲的強度。事實證明，這一特性比每核子能量更重要，這一概念指導了大多數先前的研究。

長達數百年的探索結束了

宇宙射線是帶電粒子，以極高的能量穿過星系。科學家認為它們起源於劇烈的天文物理現象，包括超新星爆炸、脈衝星和黑洞發射的噴流。一百多年來，研究人員一直在爭論這些粒子加速和傳輸的確切機制。

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DAMPE 望遠鏡是暗物質粒子探測器的縮寫，於 2015 年 12 月發射，最初的目標是探測暗物質。自那時以來收集的數據提供了前所未有的有關高能量宇宙射線的資訊。該衛星的軌道任務實現了連續觀測，揭示了地面儀器無法偵測到的模式。

剛性如何解釋普遍行為

DAMPE 的觀測有力地支持了宇宙射線是由剛性而不是能量除以核子數量決定的。基於最後一個指標的舊模型與過去十年衛星收集的數據不太吻合。這項發現對當前極端天文物理環境中的粒子加速模型施加了更嚴格的限制。

研究人員表示，這些發現有助於更好地了解宇宙射線在穿越星際空間之前如何獲得巨大的能量。了解這機制對於理解劇烈的宇宙現象的動力學至關重要。磁場、衝擊波和劇烈的宇宙事件所扮演的角色仍然存在部分爭議，但現在有了更確鑿的證據。

這項研究代表了粒子天文物理學的重大進展。透過證明不同類型的宇宙射線遵循相同的普遍物理規則，科學家們為理解自然如何在宇宙中加速和傳輸極端能量的粒子開闢了新的視角。