“悟空”衛星在暗物質探測方麵取得突破

2017-11-30 10:13:24 來源：人民網

人民網北京11月30日電（趙竹青）我國首顆暗物質科學衛星——“悟空”號在軌運行近兩年，成功獲取了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結果。該結果或有助於增進科學家對主宰宇宙的暗物質的理解。相關論文今日淩晨在著名學術期刊《自然》雜誌在線發表。

最精確的觀測或取得開創性發現

據科研人員介紹，“悟空”衛星在軌運行的前530天共采集了約28億高能宇宙射線，包括150萬高能電子。基於這些數據，科研人員成功獲取了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結果。

相比國外的空間探測設備，如美國費米衛星等，“悟空”不僅在能量測量範圍、能譜的準確性等方麵均有顯著提高，更是首次直接測量到了電子宇宙射線能譜在1 TeV（能量單位）附近的拐折。

暗物質衛星首席科學家常進表示，“該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，對於判定部分電子宇宙射線是否來自於暗物質起著關鍵性作用。”

此次最引人矚目的發現是，能譜的高能段出現了一組“異常”數據，使能譜曲線在這裏變得尖銳。參與了“悟空”號結果分析的中國科學院紫金山天文台研究員範一中告訴記者，“這預示著此處存在能譜精細結構。分析顯示，這一結構產生的原因最有可能是暗物質。不過還需要更多數據加以確定。”

“一旦該精細結構得以確證，將是粒子物理或天體物理領域的開創性發現。”範一中表示，目前“悟空”正以良好的狀態持續工作，收集來自深空的更多數據。

火眼金睛為“看清”暗物質而來

探索暗物質的物理本質，是目前國際上粒子物理和天體物理領域的最重大問題之一。

暗物質是標準粒子物理模型無法解釋的物質。天文觀測表明，宇宙中的暗物質比人類目前熟悉的普通物質要多5倍。但是暗物質不發光、相互作用弱，因而很難直接研究。

為此，科學家先後采用了加速器、地下直接探測、空間間接探測等方式對暗物質進行“管中窺豹”。其中空間間接探測就是“悟空”所采用的方法，它需要高能量分辨、高空間分辨、高統計量、低本底的高能粒子望遠鏡。

“悟空號”瞄準這個方向，用中國科學家特有的設計方案和中國工程師獨特的探測器製造技術，實現了國際上最精確和最高效的探測。經過一年多的數據積累，終於有了重大發現。

“中國科學院、中國科學家長期以來在基礎科學前沿的投入和付出終於有了突破。”白春禮表示，暗物質粒子探測衛星的科學思想和探測技術來自於中科院紫金山天文台常進研究員，他20年來始終關注天體高能粒子的能譜，並探索用最簡潔和高效的辦法直接獲取能譜數據。

中國人正走向科學發現的舞台中央

“也許在人類科學發展的曆史上，大家會記住今天。因為中國科學家已經從自然科學前沿重大發現和理論的學習者、繼承者、圍觀者，逐漸走到了舞台中央。”中國科學院院長白春禮說。

自然科研中國區科學總監印格致博士說，“解答宇宙中最艱深的問題不僅使我們成為偉大的詩人，也會對我們的宇宙產生直接和積極的影響。”

他在評價此次成果時表示，“該成果展示了中國技術實力發展的一個裏程碑。這次研究中實現的測量所需的精湛技術是無與倫比的，未來可能會幫助中國解決其他我們現在還想不到的技術挑戰。”

作為“大師兄”，“悟空”衛星是中國的首顆天文衛星，也是中國科學院空間科學戰略先導專項的首發星。“十二五”期間，中科院空間科學先導專項部署了暗物質衛星、量子衛星、“實踐十號”和硬X射線衛星等4個衛星工程，目前已取得一批重大科學發現和實驗驗證成果。

“未來，中國科學院對基礎科學前沿還將繼續給予特別的關注，支持和組織中國科學家向重大科學前沿問題提出挑戰。”白春禮透露，中科院將重點瞄準引力波探測、宇宙起源和暗物質等前沿課題，繼續布局、研製和發射新的空間科學衛星。

圖：“悟空”衛星工作530天得到的高精度宇宙射線電子能譜（紅色數據點），以及和美國費米衛星測量結果（藍點）、丁肇中先生領導的阿爾法磁譜儀的測量結果（綠點）的比較。