探測衛星"悟空"發現反常電子信號 疑與暗物質有關

北京時間11月30日凌晨2時，暗物質粒子探測衛星“悟空”的首篇論文成果在頂級學術期刊《自然》上在線發表。基于在軌運行的前530天收集的28億高能宇宙射線，“悟空”科研團隊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。

值得一提的是，暗物質衛星首席科學家、紫金山天文臺副臺長常進在發布會上介紹到，數據初步顯示，約1.4TeV(萬億電子伏特)處發現了異常的能譜精細結構，可能是新粒子存在的證據，也可能來自于某種天體物理現象。

一旦該精細結構被后續數據確認，將是粒子物理或天體物理領域的突破性發現。

“經濟適用型”的“火眼金睛”

“悟空”將在下個月迎來發射2周年紀念日。“悟空”衛星是中國科學院空間科學戰略先導專項的首發星，也是中國首顆天文衛星。取名“悟空”，衛星被寄予了通過“火眼金睛”探測宇宙暗物質的使命。

暗物質粒子探測衛星“悟空”號

占據宇宙95%密度的暗物質與暗能量雖不可見，但科學家們推測，暗物質粒子湮滅和衰變后，可能會產生看得見的普通高能粒子。只是這些粒子的信號十分微弱，容易被宇宙射線背景信號淹沒，因此，“悟空”的“火眼金睛”，本質上就是高能量分辨、高空間分辨、高統計量、低本底的高能粒子望遠鏡。“悟空”探測器具體包括塑閃陣列探測器、硅徑跡探測器、BGO量能器和中子探測器4個載荷。

常進最早在1998年提出了分辨粒子種類的新探測技術，能實現對高能電子、伽瑪射線的“經濟適用型”觀測，尤其適合尋找暗物質粒子湮滅過程產生的一些非常尖銳的能譜信號。所謂能譜，就是電子數目隨能量的變化情況。

精度最高的電子能譜

為了尋找暗物質，“悟空”特別關注的特征性信號有三種：伽瑪譜線、暈狀分布伽瑪射線和奇異電子能譜結構。它平均每秒，就能捕獲60個高能粒子。

常進介紹道，“悟空”在軌運行的前530天采集了約28億高能宇宙射線，其中包含約150萬25GeV以上的電子，基于這些數據“悟空”給出了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結果。

“悟空”的“火眼金睛” 新華社 賀萌 圖

比起國外的空間探測設備，如美國費米衛星和丁肇中先生領導的阿爾法磁譜儀， “悟空”衛星的電子宇宙射線的能量測量范圍有顯著提高。

其次，“悟空”測量到的萬億電子伏特級別的電子 “純凈”程度最高，也就是其中混入的質子數量最少。

最后，“悟空”衛星首次直接測量到了電子宇宙射線能譜在約1 TeV處的拐折，該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，其精確的下降行為對于判定部分(能量低于1 TeV)電子宇宙射線是否來自于暗物質起著關鍵性作用。

異常的尖銳能譜

更加驚喜的是，在1.4TeV處，“悟空”的數據里呈現出一個尖銳結構，這是之前所有人都未曾預測到的。

在1.4TeV處呈現出一個尖銳結構

中國科學院大學常務副校長吳岳良院士解讀認為，除非有新的機制，否則天體物理將不能給尖銳能譜提供合適的選項。也就是說，尖銳能譜可能給暗物質的存在提供了新的證據。

暗物質衛星科學應用系統副總師、紫金山天文臺研究員范一中說道，“悟空”仍需要更多的時間，來排除數據波動的影響。這個異常如果最后得到確認，留給理論物理學家的選擇并不多：這是一種能量非常高的粒子，速度只比光速慢十萬億分之一，且距離地球很近。

常進說道，目前，“悟空”運行狀態良好，可以打滿分，正在持續收集數據。他希望，在明年年底的時候，能夠對此有更明朗的判斷。

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暗物質粒子探測衛星“悟空”號，外觀方方正正，看起來不太起眼，卻是目前世界上觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星，可荷載一批高能探測器，“火眼金睛”地觀測到人類未曾觀測到的，有望解開暗物質是否存在之謎。