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悟空”卫星的最新发现 可能与暗物质相关

悟空卫星的最新发现可能与暗物质有关!长龙山组

悟空”卫星的最新发现  可能与暗物质相关 

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悟空卫星的最新发现可能与暗物质有关!长龙山组

北京时间11月30日凌晨2点,暗物质粒子探测卫星悟空的第一篇论文在顶级学术期刊《自然》在线发表。基于在轨运行前530天收集的28亿条高能宇宙线,“悟空”科研团队成功获得了全球最精确的电子宇宙线探测结果。长龙山组

值得一提的是,暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进在发布会上介绍,初步数据显示,1。在4TeV(万亿电子伏)处发现了异常的能谱精细结构,这可能是新粒子存在的证据,也可能来自某种天体物理现象。长龙山组

什么是暗物质?如何探测暗物质?长龙山组

众所周知,由于引力的存在,星系团中的所有星系都围绕其中心旋转。每个星系的速度必须与束缚它的引力相平衡,以免脱轨;引力越强,它移动得越快。实际观测表明,星系的自转速度比根据牛顿和爱因斯坦引力理论计算的要大得多。说明宇宙中存在一种看不见的物质,为星系提供引力。科学家称之为“暗物质”。暗物质看不见摸不着,也不参与电磁相互作用,因此无法通过任何光学手段直接观测到。但它的存在关系到宇宙的演化发展、物质的结构和起源、天体的形成和分布,其物理本质是世界粒子物理和天体物理领域最重要的问题之一。长龙山组

科学家认为暗物质粒子相互碰撞,产生了相当数量的(可见的)高能电子和伽马射线。这些粒子与宇宙射线中的其他粒子(来自外太空的高能粒子)一起,向地球势不可挡。如果能准确捕捉到这些粒子的能量和位置分布,将为暗物质的存在提供有力的证据。不可见的暗物质粒子相互碰撞湮灭,产生正负电子和伽马射线等可见粒子。长龙山组

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“悟空”暗物质粒子探测卫星是专门为搜寻暗物质而研制的。它采用了中国科学院紫金山天文台研究人员自主提出的新型探测技术和方法,实现了对宇宙射线中超高能电子和伽马射线的“经济实用”观测。研究员常进是这颗卫星的首席科学家。长龙山组

“悟空”卫星在“高能电子和伽马射线的能量测量精度”和“区分不同种类粒子的能力”两项关键技术指标上处于世界领先地位,特别适合寻找暗物质粒子湮灭过程中产生的一些非常尖锐的能谱(能谱是指电子数随能量的变化)。信号zQc

自2015年12月17日发射以来,悟空在轨工作530天,收集了约28亿条高能宇宙射线,其中25GeV以上的电子宇宙射线约150万条。基于这些数据,研究人员成功获得了世界上最精确的电子宇宙线探测结果,如图1所示。与之前的结果相比:zQc

1)悟空卫星电子宇宙线的能量测量范围较国外空间探测设备(AMS-02、费米-LAT)有了显著提升,拓展了我们观察宇宙的窗口。长龙山组

2)悟空卫星测得的TeV电子纯度最高(即混入其中的质子数最少),能谱准确度高。长龙山组

3)“悟空”卫星首次直接测量了电子宇宙线能谱在~1 TeV处的拐点,反映了高能电子辐射源在宇宙中的典型加速能力,其精确下降行为对判断某些(能量低于1 TeV)电子宇宙线是否来自暗物质起到了关键作用。更重要的是,悟空卫星的数据最初显示在~1。在4 TeV时有一个精细的能谱结构。这在理论上是不可预料的!(专家认为信号质量可能为1。4TeV新物理粒子的湮灭,或奇异天体对单能高能电子的加速)目前,悟空卫星运行状况良好,正在持续采集数据。一旦精细结构被证实,这将是粒子物理或天体物理学领域的一个开创性发现。长龙山组

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 悟空”卫星的最新发现,可能与暗物质相关! zQc

  “悟空”卫星工作530天得到的高精度宇宙射线电子能谱(红色数据点),以及和美国费米卫星测量结果(蓝点)、丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪的测量结果(绿点)的比较。科学家:新发现揭示了暗物质粒子可能存在的新证据对于该次发现(精确的高能电子宇宙线能谱),暗物质卫星科学应用系统副总工程师、紫金山天文台研究员范一中解释道:“通常认为,电子宇宙射线来自天体物理源,比如脉冲星、超新星遗迹,但更吸引人的,是它们(中的一部分)可能来自于暗物质的湮灭和衰变。”zQc

  一般认为,1TeV以下的电子宇宙线能谱中的异常,可能来自于新天体物理源或暗物质的湮灭或衰变,但如果这一说法成立,就必须在谱线的高能部分中找到对应于这两种机制应有的“转折点”(即上文提到的“拐折”)。“转折点”以及其后的能谱下降行为反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力,下降行为的精准测量可能对于判定部分(能量低于1TeV)电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。zQc

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