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    “悟空”号获得世界上最精确的TeV电子宇宙射线能谱

    日期 2017-11-30   来源:数理科学部   作者:颜景志 刘强  【 】   【打印】   【关闭

    图. “悟空”号工作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。

      在国家自然科学基金项目(项目编号:11525313、11622327、U1738206)等资助下,紫金山天文台常进研究员领衔的国际合作团队基于暗物质粒子探测卫星(又名“悟空”号,英文简称DAMPE)的前530天数据获得了世界上最精确的TeV电子宇宙射线能谱。这一研究成果以“Direct Detection of a Break in the Teraelectronvolt Cosmic-ray Spectrum of Electrons and Positrons”(电子和正电子TeV宇宙射线能谱拐折的直接探测)为题,于2017年11月30日在线发表在Nature(《自然》)上。论文链接http://www.nature.com/articles/nature24475。

      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(也就是标准粒子物理模型能解释的物质)要多5倍,其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。

      “悟空”号于2015年12月17日发射成功,是中国的首颗天文卫星,它采用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,实现对高能(5 GeV-10 TeV)电子、伽马射线的观测。它在“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,特别适合搜寻暗物质粒子湮灭过程产生的一些非常尖锐的能谱信号。

      “悟空”号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。卫星在轨运行的前530天共采集约28亿例高能宇宙射线,其中包含约150万例25 GeV以上的电子宇宙射线。基于这些数据,科研人员成功获取目前国际上精度最高的TeV电子宇宙射线探测结果,如图所示。

      与之前结果相比:

      1、“悟空”号的电子宇宙射线的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,拓展我们观察宇宙的窗口。

      2、“悟空”号测量到的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)。

      3、“悟空”号首次直接测量到电子宇宙射线能谱在~1 TeV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(能量低于1 TeV)电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。

      此外,“悟空”号的数据初步显示在~1.4 TeV处存在能谱精细结构。目前“悟空”号运行状态极佳,正持续收集数据,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。




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