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)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。

“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。

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>

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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。