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探測衛(wèi)星"悟空"發(fā)現(xiàn)反常電子信號 疑與暗物質(zhì)有關(guān)

2017-11-30 13:27:00      來源:新華社

北京時間11月30日凌晨2時,暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”的首篇論文成果在頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》上在線發(fā)表?;谠谲夁\行的前530天收集的28億高能宇宙射線,“悟空”科研團隊成功獲取了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結(jié)果。

值得一提的是,暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學(xué)家、紫金山天文臺副臺長常進在發(fā)布會上介紹到,數(shù)據(jù)初步顯示,約1.4TeV(萬億電子伏特)處發(fā)現(xiàn)了異常的能譜精細(xì)結(jié)構(gòu),可能是新粒子存在的證據(jù),也可能來自于某種天體物理現(xiàn)象。

一旦該精細(xì)結(jié)構(gòu)被后續(xù)數(shù)據(jù)確認(rèn),將是粒子物理或天體物理領(lǐng)域的突破性發(fā)現(xiàn)。

“經(jīng)濟適用型”的“火眼金睛”

“悟空”將在下個月迎來發(fā)射2周年紀(jì)念日。“悟空”衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略先導(dǎo)專項的首發(fā)星,也是中國首顆天文衛(wèi)星。取名“悟空”,衛(wèi)星被寄予了通過“火眼金睛”探測宇宙暗物質(zhì)的使命。

暗物質(zhì)衛(wèi)星悟空發(fā)現(xiàn)疑似暗物質(zhì)蹤跡:有異常

暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”號

占據(jù)宇宙95%密度的暗物質(zhì)與暗能量雖不可見,但科學(xué)家們推測,暗物質(zhì)粒子湮滅和衰變后,可能會產(chǎn)生看得見的普通高能粒子。只是這些粒子的信號十分微弱,容易被宇宙射線背景信號淹沒,因此,“悟空”的“火眼金睛”,本質(zhì)上就是高能量分辨、高空間分辨、高統(tǒng)計量、低本底的高能粒子望遠(yuǎn)鏡。“悟空”探測器具體包括塑閃陣列探測器、硅徑跡探測器、BGO量能器和中子探測器4個載荷。

常進最早在1998年提出了分辨粒子種類的新探測技術(shù),能實現(xiàn)對高能電子、伽瑪射線的“經(jīng)濟適用型”觀測,尤其適合尋找暗物質(zhì)粒子湮滅過程產(chǎn)生的一些非常尖銳的能譜信號。所謂能譜,就是電子數(shù)目隨能量的變化情況。

精度最高的電子能譜

為了尋找暗物質(zhì),“悟空”特別關(guān)注的特征性信號有三種:伽瑪譜線、暈狀分布伽瑪射線和奇異電子能譜結(jié)構(gòu)。它平均每秒,就能捕獲60個高能粒子。

常進介紹道,“悟空”在軌運行的前530天采集了約28億高能宇宙射線,其中包含約150萬25GeV以上的電子,基于這些數(shù)據(jù)“悟空”給出了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結(jié)果。

暗物質(zhì)衛(wèi)星悟空發(fā)現(xiàn)疑似暗物質(zhì)蹤跡:有異常

“悟空”的“火眼金睛” 新華社 賀萌 圖

比起國外的空間探測設(shè)備,如美國費米衛(wèi)星和丁肇中先生領(lǐng)導(dǎo)的阿爾法磁譜儀, “悟空”衛(wèi)星的電子宇宙射線的能量測量范圍有顯著提高。

其次,“悟空”測量到的萬億電子伏特級別的電子 “純凈”程度最高,也就是其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少。

最后,“悟空”衛(wèi)星首次直接測量到了電子宇宙射線能譜在約1 TeV處的拐折,該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力,其精確的下降行為對于判定部分(能量低于1 TeV)電子宇宙射線是否來自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。

異常的尖銳能譜

更加驚喜的是,在1.4TeV處,“悟空”的數(shù)據(jù)里呈現(xiàn)出一個尖銳結(jié)構(gòu),這是之前所有人都未曾預(yù)測到的。

暗物質(zhì)衛(wèi)星悟空發(fā)現(xiàn)疑似暗物質(zhì)蹤跡:有異常

在1.4TeV處呈現(xiàn)出一個尖銳結(jié)構(gòu)

中國科學(xué)院大學(xué)常務(wù)副校長吳岳良院士解讀認(rèn)為,除非有新的機制,否則天體物理將不能給尖銳能譜提供合適的選項。也就是說,尖銳能譜可能給暗物質(zhì)的存在提供了新的證據(jù)。

暗物質(zhì)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)副總師、紫金山天文臺研究員范一中說道,“悟空”仍需要更多的時間,來排除數(shù)據(jù)波動的影響。這個異常如果最后得到確認(rèn),留給理論物理學(xué)家的選擇并不多:這是一種能量非常高的粒子,速度只比光速慢十萬億分之一,且距離地球很近。

常進說道,目前,“悟空”運行狀態(tài)良好,可以打滿分,正在持續(xù)收集數(shù)據(jù)。他希望,在明年年底的時候,能夠?qū)Υ擞懈骼实呐袛唷?/p>

探秘中國小衛(wèi)星家族:暗物質(zhì)、量子"成員"領(lǐng)跑世界

暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”號,外觀方方正正,看起來不太起眼,卻是目前世界上觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星,可荷載一批高能探測器,“火眼金睛”地觀測到人類未曾觀測到的,有望解開暗物質(zhì)是否存在之謎。

標(biāo)簽: 悟空 暗物質(zhì) 衛(wèi)星

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