一百多年來，科學家一直試圖了解宇宙射線，這是一種以極高能量在宇宙中傳播的極其強大的粒子。儘管進行了數十年的研究，但關於它們從何而來以及它們如何加速的許多問題仍然沒有得到解答。現在，研究人員利用 DAMPE（暗物質粒子探測器）太空望遠鏡發現了一個重要的新線索。他們的研究結果發表於 自然揭示這些神秘粒子的共同特徵，可能有助於科學家更好地了解它們的起源。
宇宙射線是自然界中迄今為止觀察到的最大的能量粒子。即使是地球上最先進的加速器攜帶的能量也比它們產生的粒子多得多。科學家認為它們是由宇宙中一些最劇烈的事件產生的，包括超新星爆炸、黑洞噴流和脈衝星。
DAMPE 太空望遠鏡於 2015 年 12 月發射，旨在研究宇宙射線的性質以及與暗物質的可能關聯。該任務包括日內瓦大學（UNIGE）核與粒子物理系（DPNC）天文物理學小組的主要貢獻。
透過分析 DAMPE 收集的高度詳細的數據，研究人員發現了初級宇宙射線核能譜的普遍模式，從輕質子到重得多的鐵核。
「宇宙射線主要由質子組成，但也由氦、碳、氧和鐵原子核組成，」UNGE 理學院 DPNC 副教授、該研究的合著者 Andrii Tykhonov 解釋道。 「這些粒子還根據其能量進行分類：低能量，高達幾萬億電子伏；中能量，從幾百萬到數億電子伏；高能量，從10億電子伏甚至更高。”
科學家發現宇宙射線的共同模式
研究表明，對於所研究的每種類型的原子核，粒子數量在達到一定閾值後開始減少得更快。科學家將這種效應稱為「光譜平滑」。
通常，隨著能量的增加，高能量宇宙射線變得越來越不常見。然而，DAMPE 的觀察結果表明，超過大約 15 TV（太電子伏特）的剛度時，下降會更加明顯。剛度描述了粒子軌跡抵抗磁場彎曲的強度。
由於相同的特徵出現在許多類型的粒子中，因此這些發現有力地支持了宇宙射線加速和空間運動受剛度控制的理論。同時，這些數據在很大程度上排除了基於每個核子能量（能量除以粒子中核子數量）的相互競爭的解釋。研究人員表示，針對這些替代模型的置信度達到 99.999%。
先進的人工智慧和探測器有助於指導發現
日內瓦研究人員在這項進展中發揮了重要作用。該團隊開發了複雜的人工智慧方法來重建望遠鏡檢測到的粒子事件。他們還為質子和氦通量的重要測量做出了貢獻，並為碳核心數據的分析做出了貢獻。
此外，日內瓦團隊也主導開發了DAMPE的核心工具之一－矽鎢追蹤器（STK）。該探測器對於準確追蹤粒子軌跡和確定入射宇宙射線的電荷至關重要。
這些發現標誌著我們對宇宙射線如何產生並穿過銀河系的理解取得了重要進展。科學家表示，新結果對天文物理源中的粒子加速模型施加了更嚴格的限制，並提高了我們對高能粒子如何穿過星際空間的理解。
