我国的暗物质探测卫星“悟空”号已取得哪些成果?

我国的暗物质探测卫星“悟空”号已取得哪些成果?

  为了搞明白悟空号上天到底做的是什么事,我们先简单科普一下。暗物质就是一种理论上可能存在的物质,它不反射光、没有电荷、不与普通物质发生反应,因此我们根本看不见它,也摸不着它,只能通过引力来感觉到它似乎存在。但是暗物质又是宇宙中的重要组成部分,约占23%,相比之下,我们可见的普通物质仅占5%。

  长久以来,寻找暗物质一直是科学界的一个重要的目标,对于这种未知的物质,科学家们只能凭借已知的规律来推测它可能发生的现象,说白了就是一个字-猜。目前探测暗物质的方法主要有三种,分别如下。

  1、在深入地面的实验室里采取直接探测的方法

  2、在宇宙空间中采取间接探测的方法

  3、通过粒子对撞机让暗物质现形

  我们可以看到,悟空号采用的就是第2种方法,那么它的工作原理是什么呢?我们都知道,普通物质都是由各种各样的基本粒子构成,在微观的世界里,这些粒子随时处于运动、变化的状态。在一些特定的情况下,例如衰变、正反粒子湮灭等等,这时它们就会释放出一些我们可以探测得到的粒子。

  同样的道理,科学家们推测暗物质也是由暗物质粒子构成,当这些暗物质粒子发生衰变、湮灭等情况的时候,很可能也会产生我们能探测到的粒子,如电子和正电子、伽马射线、质子、反质子、中微子等等。根据这一推测,科学家们希望通过大量收集来自外太空的各种宇宙射线的数据,并对这些数据进行分析,并从中找到暗物质的蛛丝马迹。

  一般情况下,宇宙射线的能量曲线都是按已知规律来变化,其曲线通常都是都是平滑的,而如果这个曲线出现了异常波动,那就可能是暗物质的表现了。简单的讲,就是全部的减去已知的,那就等于未知的,而这个未知的就很可能是暗物质。这也意味着我们的探测器必须要具备足够高的精度,才能够察觉到其中的一些细微的差值。

  目前科学家们用于探测暗物质的空间探测器有4个,分别是阿尔法磁谱仪、费米卫星、CALET卫星和悟空号,其中悟空号在“伽马射线、高能电子的能量测量精度”以及“不同种类的粒子区分能力”上是最高的。好了,现在我们来看看悟空号到底做出了什么成果。

  在收集了近30亿的高能粒子的数据之后,悟空号于2017年11月发布了测量结果,上图为悟空号对宇宙射线电子能谱的探测数据(红)与其他的实验观测数据的对比(图自Nature.2017)。从图中(1)处我们可以看到,宇宙射线源的分布出现了比较明显的变化,而在(2)处则出现了明显的波动。这就预示了,宇宙中可能存在着一个未知的粒子,而它很可能就是科学家们苦苦寻找的暗物质。

  虽然目前来讲,还不能确切的说就是发现了暗物质,但是这确实是人类探索暗物质的道路上的一道曙光,也为以后的探索之路指明了方向。时至今日,悟空号仍然在太空中兢兢业业的工作,我们期待着它能带给我们更多的惊喜。

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  其他网友观点

  悟空号暗物质粒子探测卫星是我国首颗用于观测暗物质的科学卫星,于2015年12月17日成功发射,在几年的运行中已经获得了大量的数据,目前已经公开的是在2017年11月30日凌晨2点发表在《自然》(Nature)杂志上的一些科学成果。

  悟空号(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,并进行天体物理研究,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。

  在悟空号运行的前530天中,总共采集了28亿例高能宇宙射线,其中包括约150万例25GeV以上的电子宇宙射线,基于这些数据,成功获取了目前国际上精度最高的TeV电子宇宙射线探测能谱。与之前国际上的空间暗物质探测器阿尔法磁谱仪AMS-02和费米伽马射线太空望远镜测量的结果相比,悟空号的能量测量范围显著提高。

  悟空号还首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在1TeV处的拐折,这个拐折反映了宇宙中的高能电子加速器的典型能力,很多的理论家认为该拐折的精确测量是正确理解<1 TeV的电子宇宙射线物理起源的秘匙,尤其是有助于揭示是不是部分(能量在1 TeV以下的)电子宇宙射线来自于暗物质湮灭。因此丁肇中先生及其领导的AMS-02团队2013年以来一直渴望能精确测量出该拐折。

  悟空号在~1.4 TeV处发现了能谱精细结构的初步证据,预示着宇宙空间中存在着“质量为1.4 TeV左右的新物理粒子”或者某种奇特的天体可以加速出单一能量的高能电子。此前人们只能在实验室中(例如欧洲的大型强子对撞机实验中)通过精确的调节实验装置才能得到类似的单能量粒子束。悟空号正在持续收集数据,一旦该精细结构最后得以确证,这将是粒子物理或天体物理领域的开创性发现。

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