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暗物質衛星巡天兩年:獲最精確高能電子宇宙射線能譜
2017-11-30 06:46:40 來源: 科技日報
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  “悟空”獲最精確高能電子宇宙射線能譜

  暗物質探測又有了新的進展。倫敦時間11月29日,《自然》雜志在線發表了中國科學家的一項研究成果:利用“悟空”衛星獲得了世界上最精確的高能電子宇宙射線能譜,這將對判定能量低于1TeV(1TeV=1萬億電子伏特)的電子宇宙射線是否來自于暗物質起到關鍵作用,並有可能為暗物質的存在提供新證據。

  暗物質問題是粒子物理和宇宙學的核心問題之一。暗物質不發光,不發出電磁波,從來沒有被直接“看”到過。中科院院士吳岳良説,根據最新天文觀測結果,宇宙是由27%的暗物質、68%的暗能量和5%的普通物質組成的。對于神秘的暗物質,科學家迫切想知道它到底是什麼,對它們的研究很可能會引發科學上的革命。

  2015年12月17日,暗物質粒子探測衛星“悟空”發射成功,這是中科院空間科學戰略先導專項的首發星。“悟空”衛星首席科學家、中科院紫金山天文臺研究員常進説,“悟空”衛星是基于暗物質粒子湮滅或衰變的假設(即暗物質粒子的湮滅或衰變可以産生各種正、反粒子,這些粒子在太空中傳播就成了宇宙射線和伽馬射線的一部分)而工作的。“悟空”衛星便通過收集高能宇宙射線粒子和伽馬射線光子,並分析其能譜和空間分布來尋找暗物質粒子存在的證據。

  “悟空”採用了紫金山天文臺自主提出的分辨粒子種類的新探測技術方法,實現了對高能(5GeV—10TeV)電子、伽馬射線的“經濟適用型”觀測。“悟空”在軌運行的前530天共採集了約28億顆高能宇宙射線,其中包含約150萬顆25GeV(1GeV=10億電子伏特)以上的電子宇宙射線。基于這些數據,科研人員成功獲取了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結果。

  早在“悟空”上天之前,國際上已有一些空間探測器在嘗試搜尋暗物質。但由于探測器規模或設計方案的限制,它們的探測能區相對較低,分辨率和粒子鑒別本領也有限。而“悟空”採用了創新的設計方案,既可探測低能區,也能探測高能區,是世界上第一臺能在空間觀測直至10TeV能量電子和伽馬射線的儀器。

  現在“悟空”採集了大量高能電子宇宙射線,清晰地勾勒出電子宇宙射線在寬能量段的能譜行為,以高置信度觀測到了能譜在TeV處的拐折行為,並且在1.4TeV能量處發現存在精細結構的跡象。

  中科院紫金山天文臺研究員范一中説,電子能譜在高能區突然出現拐折,一定是有什麼“源”影響了它。現在我們不能確定就是暗物質影響了它,但如果能夠證明影響它的不是我們已知的物質,那就很有可能是暗物質了。

  據常進介紹,與以前的測量結果相比,“悟空”的能量測量范圍比其他空間項目顯著提高,打開了宇宙觀測新窗口;“悟空”測量到的TeV電子的“純凈”程度最高,能譜的準確性更高;“悟空”首次直接測量到了電子宇宙射線能譜在1TeV處的拐折,其精確的下降行為對于判定部分電子宇宙射線是否來自于暗物質起著關鍵作用。當然,“悟空”的科學發現有待理論物理學家做進一步的分析闡釋。

  對于這次暗物質探測上的進展,常進興奮地説,電子宇宙射線能譜在高能段出現了“引人矚目的現象”。中科院院長白春禮則認為,“悟空”成果的取得,表明中國科學家已經從自然科學前沿理論的學習者、繼承者、圍觀者,逐漸走到了舞臺中央,中國科學家長期以來在基礎科學前沿的投入和付出終于有了回報。(本報記者 李大慶 張夢然)

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【糾錯】 責任編輯: 馮文雅
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