解读“悟空”如何破解暗物质谜题

小五

　　暗物质探测卫星“悟空”在轨示意图（来源：中科院）

　　南都记者从中科院紫金山天文台获悉，暗物质探测卫星“悟空”在轨运行的前530天共采集了约28亿颗高能宇宙射线，其中包含约150万例25GeV以上的电子宇宙射线，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TeV电子宇宙射线探测结果。这一成果于北京时间2017年11月30日在Nature杂志在线发表。1GeV=10亿电子伏特，而1TeV=1万亿电子伏特，人类眼睛最敏感的可见光的能量约为2电子伏特。

　　“悟空”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。（来源：中科院紫金山天文台）

　　“悟空”探测结果将助于判定部分电子宇宙射线是否来自暗物质

　　南都记者从中科院紫金山天文台了解到，暗物质探测卫星“悟空”首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在~1TeV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，即能量低于1TeV的电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。

　　同时，“悟空”的数据初步显示在~1.4 TeV处存在能谱精细结构，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重大发现。

　　根据“悟空”工作530天得到的高精度宇宙射线电子能谱，和美国费米卫星测量结果、丁肇中领导的阿尔法磁谱仪测量结果相比，“悟空”测量到的TeV电子的能量最准、“纯净”程度最高，也就是其中混入的质子数量最少；“悟空”的电子宇宙射线能量测量范围比起国外的空间探测设备（AMS-02, Fermi-LAT）有显著提高，拓展了我们观察宇宙的窗口。

　　暗物质探测卫星“悟空”于2015年12月17日发射成功，是中国首颗天文卫星。它的核心使命，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。“悟空”采用了紫金山天文台研究人员自主提出的分辨粒子种类的新探测技术方法，实现了对高能（5 GeV-10 TeV）电子、伽马射线的“经济适用型”观测。

　　”悟空“探测成果在线发表在自然杂志的截图（来源：自然杂志网站）

　　四个空间科学卫星“四发四捷”

　　中科院院士、中科院院长白春礼介绍，来自宇宙空间的粒子能谱根据我们已知的物理规律有其特定的分布，其分布规律是逐渐下降的，如果出现异常，必然有着新的物理原因。根据目前理论物理学家的解释，如果暗物质粒子相互碰撞并湮灭，将转换为高能电子。那么到空间去精确地探测高能电子能谱，就可以发现暗物质存在的蛛丝马迹。“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。

　　白春礼说，“十二五”期间，空间科学先导专项部署了暗物质探测卫星“悟空号”、量子科学实验卫星“墨子号”、返回式科学卫星“实践十号”和硬X射线卫星“慧眼”4个科学卫星，是首批部署的空间科学先导专项的四个空间科学卫星，实现了“四发四捷”，比如，最近刚刚发射的“慧眼”硬X射线望远镜，对于引力波探测发挥了作用，“墨子号”量子科学试验卫星，开展的量子已经传态、量子秘钥分发、星地一体化科学实验都圆满成功。