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#悟空卫星重大发现#重大发现!“悟空”卫星数据中可能携带着暗物质的新信息

2017年11月27日,暗物质卫星重大成果发布会在中科院举行。在太空上运行500多天,火眼金睛的“悟空”卫星成功获得了世界上最精确的TeV电子宇宙射线能谱(而1TeV=1万亿电子伏特),这一能谱中可能携带着暗物质粒子的新信息。

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▲新华社·贺萌绘制

什么是暗物质?刘慈欣在《三体》中说,暗物质是太阳系遭受高级外星文明攻击后的隐形残骸,在《变形金刚4》中,暗物质可以驱动飞船进行星际航行,在漫威宇宙中,红色的无限宝石可以将周围的物质变成暗物质。而在科学家眼中,暗物质是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质,既不反射、吸收或者散射光子,也不参与电磁作用,目前人们只能通过引力产生的效应感受它的存在。

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▲图片来自“东方IC”

虽然暗物质看不见摸不着,但是暗物质和暗能量占当今宇宙总能量密度的95%,所以说宇宙其实是“暗”在统治。

“暗物质”被科学家比作“笼罩在21世纪物理学天空中的乌云”,是目前国际科研的最前沿领域之一。目前,科学界探索暗物质的方法主要有三种:

其一是利用大型强子对撞机,模拟宇宙大爆炸之初的样子,试图发现暗物质。

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▲图片来自“中科院之声”

其二是直接探测暗物质粒子与普通粒子碰撞发出的信号,但是概率极小,例如在中国四川锦屏地下实验室的进行的上海交通大学牵头组织的PandaX实验。

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▲图片来自“中科院之声”

最后一种方法就是空间间接探测,例如我们的“悟空”号暗物质粒子探测卫星。

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▲图片来自“中科院之声”

暗物质粒子探测卫星“悟空”(DAMPE)的核心使命就是在宇宙线和伽马射线辐射中寻找暗物质粒子存在的证据,并进行天体研究。“悟空”卫星是中国科学院空间科学战略先导专项的首发星,最早由紫金山天文台的常进研究员2005年提出,于2015年12月17日发射成功,是中国的首颗天文卫星。

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▲“悟空”卫星,图片由中国科学院提供

1GeV=10亿电子伏特,人类眼睛最敏感的可见光的能量约为2电子伏特。“悟空”卫星可以观测到5GeV-10TeV范围内的高能电子和伽马射线,并且在“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(能谱指的是电子数目随能量的变化情况)信号。

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▲“悟空”卫星,图片由中国科学院提供

在太空上运行500多天,火眼金睛的“悟空”发回了喜讯。科研人员基于“悟空”卫星采集到的约28亿颗高能宇宙射线,其中包含约150万颗25GeV以上的电子宇宙射线的数据,成功获取了目前国际上精度最高的TeV电子宇宙射线探测结果。

与之前的结果相比,“悟空”不仅能量测量范围相比其他空间项目有显著提高,开辟了宇宙观测新窗口,而且测量到的TeV电子的“纯净”程度最高,能谱的准确性高。它还首次直接测量到了能谱在~1 TeV处的拐折,该拐折反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力,澄清了TeV电子的能谱行为,为判断是否部分能量在1 TeV以下的电子宇宙射线来自于暗物质湮灭提供了关键性数据。

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▲“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。(图片由中国科学院提供)

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▲高能段出现了引人瞩目的现象(图片由中国科学院提供)

目前“悟空”卫星运行状态良好,正持续收集数据,一旦~1.4 TeV处的能谱精细结构得以确证,将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现。

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