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“悟空”卫星在暗物质探测方面取得突破

人民网北京11月30日电(赵竹青)我国首颗暗物质科学卫星——“悟空”号在轨运行近两年,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。该结果或有助于增进科学家对主宰宇宙的暗物质的理解。相关论文今日凌晨在著名学术期刊《自然》杂志在线发表。

最精确的观测 或取得开创性发现

据科研人员介绍,“悟空”卫星在轨运行的前530天共采集了约28亿高能宇宙射线,包括150万高能电子。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。

相比国外的空间探测设备,如美国费米卫星等,“悟空”不仅在能量测量范围、能谱的准确性等方面均有显著提高,更是首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在1 TeV(能量单位)附近的拐折。

暗物质卫星首席科学家常进表示,“该拐折反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力,对于判定部分电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。”

此次最引人瞩目的发现是,能谱的高能段出现了一组“异常”数据,使能谱曲线在这里变得尖锐。参与了“悟空”号结果分析的中国科学院紫金山天文台研究员范一中告诉记者,“这预示着此处存在能谱精细结构。分析显示,这一结构产生的原因最有可能是暗物质。不过还需要更多数据加以确定。”

“一旦该精细结构得以确证,将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现。”范一中表示,目前“悟空”正以良好的状态持续工作,收集来自深空的更多数据。

火眼金睛为“看清”暗物质而来

探索暗物质的物理本质,是目前国际上粒子物理和天体物理领域的最重大问题之一。

暗物质是标准粒子物理模型无法解释的物质。天文观测表明,宇宙中的暗物质比人类目前熟悉的普通物质要多5倍。但是暗物质不发光、相互作用弱,因而很难直接研究。

为此,科学家先后采用了加速器、地下直接探测、空间间接探测等方式对暗物质进行“管中窥豹”。其中空间间接探测就是“悟空”所采用的方法,它需要高能量分辨、高空间分辨、高统计量、低本底的高能粒子望远镜。

“悟空号”瞄准这个方向,用中国科学家特有的设计方案和中国工程师独特的探测器制造技术,实现了国际上最精确和最高效的探测。经过一年多的数据积累,终于有了重大发现。

“中国科学院、中国科学家长期以来在基础科学前沿的投入和付出终于有了突破。”白春礼表示,暗物质粒子探测卫星的科学思想和探测技术来自于中科院紫金山天文台常进研究员,他20年来始终关注天体高能粒子的能谱,并探索用最简洁和高效的办法直接获取能谱数据。

中国人正走向科学发现的舞台中央

“也许在人类科学发展的历史上,大家会记住今天。因为中国科学家已经从自然科学前沿重大发现和理论的学习者、继承者、围观者,逐渐走到了舞台中央。”中国科学院院长白春礼说。

自然科研中国区科学总监印格致博士说,“解答宇宙中最艰深的问题不仅使我们成为伟大的诗人,也会对我们的宇宙产生直接和积极的影响。”

他在评价此次成果时表示,“该成果展示了中国技术实力发展的一个里程碑。这次研究中实现的测量所需的精湛技术是无与伦比的,未来可能会帮助中国解决其他我们现在还想不到的技术挑战。”

作为“大师兄”,“悟空”卫星是中国的首颗天文卫星,也是中国科学院空间科学战略先导专项的首发星。“十二五”期间,中科院空间科学先导专项部署了暗物质卫星、量子卫星、“实践十号”和硬X射线卫星等4个卫星工程,目前已取得一批重大科学发现和实验验证成果。

“未来,中国科学院对基础科学前沿还将继续给予特别的关注,支持和组织中国科学家向重大科学前沿问题提出挑战。”白春礼透露,中科院将重点瞄准引力波探测、宇宙起源和暗物质等前沿课题,继续布局、研制和发射新的空间科学卫星。

图:“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。

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  • 2017-11-30 15:20

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  • 卫星
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  • 来源:人民网

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