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重磅 |“悟空”发现暗物质?

发稿时间:2017-11-30 07:24:41 来源:瞭望 作者:扈永顺 中国青年网

  ▲新华社贺萌绘制

  ◆《Nature》杂志北京时间11月30日在线发表了“悟空”取得的最新成果:

  发现之一:“悟空”首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在1 TeV处的拐折,为判定部分电子宇宙射线是否来自于暗物质湮灭起着关键性作用。

  发现之二:宇宙线高能电子约在1.4TeV附近呈现出尖锐的能谱,暗示了暗物质粒子存在的可能的新证据

  ◆ 新闻链接:暗物质是什么?

  ◆ 附:“悟空”的硅阵列探测器是怎么诞生的?

  ◆《瞭望》新闻周刊第49期将刊登暗物质卫星新发现详细报道

  “悟空”的新收获

  北京时间11月30日,Nature杂志(《自然》)在线发表了暗物质粒子探测卫星“悟空”(DAMPE)取得的最新成果。

  “悟空”在轨运行的前530天,共采集了约28亿颗高能宇宙射线,其中包含约150万颗25GeV(1GeV=10亿电子伏特)以上的电子宇宙射线。基于这些数据,科研人员成功获取了目前国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果,并暗示了暗物质粒子存在可能的新证据。

  “悟空”的火眼金睛

  “通过探测暗物质粒子湮灭后产生的看得见的普通粒子来探测看不见的暗物质粒子,由于暗物质粒子产生的信号很微弱,所以需要高能量分辨、高空间分辨、高统计量、低成本的高能粒子望远镜。”暗物质卫星工程首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进介绍。

  暗物质粒子探测卫星“悟空号”正是瞄准这个方向,在宇宙线和伽马射线辐射中寻找暗物质粒子存在的证据。“悟空”卫星在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”以及“区分不同种类粒子的本领”这两项关键技术指标方面世界领先,尤其适合寻找暗物质粒子湮灭过程产生的一些非常尖锐的能谱信号。

  “悟空”看到了什么?

  ◎ 发现之一:“悟空”首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在1 TeV(1 TeV=1万亿电子伏特)处的拐折,为判定部分(能量低于1 TeV)电子宇宙射线是否来自于暗物质湮灭起着关键性作用。

  ▲1.4 TeV处红色突起部分呈现出尖锐能谱

  “暗物质湮灭时候,两个粒子碰到一起会产生电子、伽马射线的异常能谱段,这一能谱段会出现拐折,即电子流量突然降低,这一拐折跟暗物质有多大的关系?不同的模型预言的拐折具体行为不一样,但都预测有拐折,现在这一能谱拐折能够百分之百确认存在。”暗物质卫星工程科学应用系统副总师范一中解释。

  中科院国家空间科学中心主任吴季认为,“美国费米卫星、阿尔法磁谱仪设计的观测能段只有几百个GeV,再高能段就置信度不高了,但积累的很多观测数据表明,在接近一个TeV时已经发现一些异常,‘悟空’正好弥补这一不足,在TeV以上开辟了一个新的窗口,就像进入了无人区。”

  ◎发现之二:宇宙线高能电子约在1.4TeV附近呈现出尖锐的能谱,暗示了暗物质粒子存在的可能的新证据。

  专家认为,电子宇宙射线能谱在1.4 TeV处似乎存在一个“尖锐结构”,对它有两种解释:

  可能预示着宇宙中存在“质量为1.4TeV左右的新粒子”

  或者是“尚不为人知的单能态TeV粒子加速器”

  因为置信度不够,这个尖锐结构的电子能谱没有被确认,现在回答这是否是暗物质为时尚早。

  专家认为,这也有可能是其他天体物理现象,例如脉冲星造成的。“现在我们更关心1.4TeV的这个数据点。天上会不会有类似加速器一样的天体现象把电子加速到这么高的能量?或许是脉冲星造成的,这也是很重要的发现,宇宙中还能加速出这种东西,是很奇怪的现象。”范一中解释,如果这是天文现象,也是从来没有人想到过的重大新发现。

  对于“悟空”团队来说,最重要的是收集到足够的数据来确认是否有这个能谱结构。目前“悟空”卫星运行状态良好,正持续收集数据,一旦该尖锐能谱结构得以确证,将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现,专家对此充满期待。

责任编辑:海竹
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