暗物质粒子探测卫星（DAMPE）“悟空”号国际合作组通过精确测量宇宙射线质子、氦、碳、氧和铁的能谱，首次发现这五种能谱存在统一的鼓包状结构。该观测结果验证了宇宙射线的加速理论模型，对于人们理解宇宙射线起源和加速机制具有里程碑意义。相关成果于4月29日发表于《自然》（Nature）。

图1：“悟空”号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。

图源| DAMPE collaboration

宇宙射线是星际空间中高速运动的粒子流，如质子、氦核、电子、高能伽马射线、以及其它稳定原子核等。宇宙射线可能起源于超新星爆炸的遗迹、高速旋转的中子星、吸积的黑洞等极端天体等，是人们认识极端条件下天体环境和物理规律的信使。精确测量宇宙射线中各种组分粒子的能谱是揭示宇宙射线起源和加速机制重大科学问题的关键途径。

基于“悟空”号卫星9年的观测数据，研究团队精确测得了超宽能段的宇宙射线质子、氦、碳、氧和铁的能谱，首次直接探测到这五种丰度最高的宇宙射线的能谱存在统一的鼓包状结构。其中碳、氧和铁有效测量的最高能量较以往提升近10倍。

图2：“悟空”号测量的质子、氦、碳、氧、铁核能谱（图中红点）和其他实验结果对比。图中可以清晰地看到5种粒子存在统一的能谱鼓包结构。（图源/DAMPE collaboration, 2026, Nature)

研究结果同时表明，鼓包出现的能量正比于粒子电荷，并以超过99.999%的置信水平排除了正比于粒子质量的模型。结合宇宙射线大尺度各向异性观测，研究结果表明存在一个近邻的宇宙射线加速源，多种粒子能谱的统一鼓包结构对应于该源的加速能力上限。这意味着宇宙射线源加速粒子的能量上限与电荷线性相关。该观测结果首次验证了上世纪六十年代理论上提出的高能宇宙射线的加速模型。

“悟空”号暗物质粒子探测卫星是我国首颗空间天文卫星，主要通过高精度观测宇宙高能粒子和辐射来研究宇宙射线起源和传播，并间接探测暗物质粒子。“悟空”号于2015年底发射，迄今已在轨平稳运行超过10年，记录了约185亿个高能粒子事例。位于“悟空”号最顶端的塑闪阵列探测器（PSD）由中国科学院近代物理研究所研制，PSD的电荷分辨达到国际同类探测器的先进水平，是“悟空”号实现宇宙射线电荷测量的核心探测器。

图3：利用“悟空”号PSD探测器测量的碳、氧、铁核宇宙线的电荷谱。（图源/DAMPE collaboration, 2026, Nature)

此项研究由中国科学院紫金山天文台、中国科学技术大学、中国科学院近代物理研究所、中国科学院高能物理研究所以及瑞士、意大利的多家研究机构共同完成。近代物理所助理研究员徐志会是该成果论文的主要作者之一，在铁核能谱的数据分析中做出了重要贡献。

该研究得到了国家自然科学基金委员会、国家重点研发计划、中国科学院、新基石基金、甘肃省博士后项目的支持。本研究中的部分核素模拟工作得到了先进能源科学与技术广东省实验室超算平台的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10472-0

（核物质相结构室   供稿）