“悟空”首发最精确高能电子宇宙线能谱:有异常!

[ 录入者:zhangms | 时间:2017-11-30 14:46:01 | 作者:贺萌 | 来源:新浪科技 | 浏览:334次 ]

北京时间11月30日凌晨2时,暗物质粒子探测卫星“悟空”的首篇论文成果在顶级学术期刊《自然》上在线发表。基于在轨运行的前530天收集的28亿高能宇宙射线,“悟空”科研团队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。

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到,数据初步显示,约1.4TeV(万亿电子伏特)处发现了异常的能谱精细结构,可能是新粒子存在的证据,也可能来自于某种天体物理现象。

一旦该精细结构被后续数据确认,将是粒子物理或天体物理领域的突破性发现。

“经济适用型”的“火眼金睛”

“悟空”将在下个月迎来发射2周年纪念日。“悟空”卫星是中国科学院空间科学战略先导专项的首发星,也是中国首颗天文卫星。取名“悟空”,卫星被寄予了通过“火眼金睛”探测宇宙暗物质的使命。

暗物质粒子探测卫星“悟空”号

占据宇宙95%密度的暗物质与暗能量虽不可见,但科学家们推测,暗物质粒子湮灭和衰变后,可能会产生看得见的普通高能粒子。只是这些粒子的信号十分微弱,容易被宇宙射线背景信号淹没,因此,“悟空”的“火眼金睛”,本质上就是高能量分辨、高空间分辨、高统计量、低本底的高能粒子望远镜。“悟空”探测器具体包括塑闪阵列探测器、硅径迹探测器、BGO量能器和中子探测器4个载荷。

常进最早在1998年提出了分辨粒子种类的新探测技术,能实现对高能电子、伽玛射线的“经济适用型”观测,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。所谓能谱,就是电子数目随能量的变化情况。

精度最高的电子能谱

为了寻找暗物质,“悟空”特别关注的特征性信号有三种:伽玛谱线、晕状分布伽玛射线和奇异电子能谱结构。它平均每秒,就能捕获60个高能粒子。

常进介绍道,“悟空”在轨运行的前530天采集了约28亿高能宇宙射线,其中包含约150万25GeV以上的电子,基于这些数据“悟空”给出了目前国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果。

“悟空”的“火眼金睛”  新华社 贺萌 图

比起国外的空间探测设备,如美国费米卫星和丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪, “悟空”卫星的电子宇宙射线的能量测量范围有显著提高。

其次,“悟空”测量到的万亿电子伏特级别的电子 “纯净”程度最高,也就是其中混入的质子数量最少。

最后,“悟空”卫星首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在约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,其精确的下降行为对于判定部分(能量低于1 TeV)电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。

异常的尖锐能谱

更加惊喜的是,在1.4TeV处,“悟空”的数据里呈现出一个尖锐结构,这是之前所有人都未曾预测到的。

在1.4TeV处呈现出一个尖锐结构

中国科学院大学常务副校长吴岳良院士解读认为,除非有新的机制,否则天体物理将不能给尖锐能谱提供合适的选项。也就是说,尖锐能谱可能给暗物质的存在提供了新的证据。

暗物质卫星科学应用系统副总师、紫金山天文台研究员范一中说道,“悟空”仍需要更多的时间,来排除数据波动的影响。这个异常如果最后得到确认,留给理论物理学家的选择并不多:这是一种能量非常高的粒子,速度只比光速慢十万亿分之一,且距离地球很近。

常进说道,目前,“悟空”运行状态良好,可以打满分,正在持续收集数据。他希望,在明年年底的时候,能够对此有更明朗的判断。

 

Tags:常进   暗物质   悟空

责任编辑:zhangms

本周热点

在新窗口打开 实际大小 关闭 鼠标滚轮缩放图片

loading.