重磅成果!中国“悟空”率先突破暗物质

文章作者:bianji3 | 2017-11-30
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     “悟空”卫星于2015年12月17日发射成功,是中国的首颗天文卫星,它最早由紫金山天文台的常进研究员于2005年提出,在原中国科学院基础局、科技部的支持下研制了原理样机。
 
     “悟空”是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星,超过国际上所有同类探测器。它将在太空中开展高能电子及高能伽马射线探测任务,探寻暗物质存在的证据,研究暗物质特性与空间分布规律。
 
     “悟空”肩负着去太空寻找暗物质存在证据的使命,它拥有“火眼金睛”,观测能段、能量分辨率超过国际上其他同类探测器,可谓“神通广大”,有望在物理学前沿带来重大突破。
 

    《自然》杂志首次在线发表中科院暗物质粒子探测卫星“悟空”(DAMPE)的探测成果:“悟空”卫星的科研人员成功获得了目前世界上最精确的高能电子宇宙线能谱。

  而其中的数据表明,宇宙空间中存在着“质量为1.4万亿电子伏左右的新物理粒子”。科学家推测,它可能就是人们长期以来寻找的暗物质!这是继2015年12月17日 “悟空号”成功发射以来,中国人第一次用自己的卫星,在全世界首次可能发现了暗物质。

  宇宙是浩瀚的,未知永远存在。在如今的宇宙中,我们只弄清了5%,还有95%就是这些看不见的暗物质和暗能量。其中暗物质大概占约27%,接近70%的是暗能量。所以,发现暗物质,就自然成为了重大的科学前沿。

  “悟空号”瞄准了这一前沿,在空间开展了探索性的工作。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。

  暗物质粒子探测卫星,实际上是一个望远镜。高能光子和探测器发生作用后产生正负电子对,它通过探测正负电子对的方向、能量,来判断天上高能光子的方向和能量。每一个高能粒子打上去,能产生7万多个信号。

  “悟空号”在2015年年底发射上天,各项性能工作正常,整个探测器有1.4吨多重,功耗600瓦,它工作在500公里的太阳同步轨道,在能量、方向、电荷,包括粒子鉴别方面,都达到世界最高水平。目前为止,它能每天探测500万个高能粒子,已经全天扫描了4次,获得了超过35亿的高能粒子。

  在它530个日夜的记录下,科学家终于发现了一些此前从未预测到的迹象:电子宇宙线能谱在1.4万亿电子伏处出现了一个尖峰!

  科学家们推测,这种异常来自于宇宙中“质量为1.4万亿电子伏左右的新物理粒子”。它可能就是长期以来寻找的暗物质;或是某种奇特的天体,它能加速出单一能量的高能电子。

  这是粒子物理或天体物理领域的开创性发现!它也给予了我们用悟空的“火眼金睛”继续探索、继续发现的信心,就如同暗物质粒子探测卫星首席科学家,中科院紫金山天文台副台长常进说的那样:“我们希望在不远的将来,中国人能够在天上找到暗物质粒子!

虽然科学家们还不知道暗物质究竟由什么构成,但通过观测它如何影响普通物质,并模拟它的引力效应,还是对它有了一些了解:

——宇宙中95%以上是暗物质和暗能量,暗物质占26.8%。暗物质不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用,它无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到。

——暗物质难以探测,还在于它密度小、速度快,难以捕捉。科学家测算,暗物质粒子每秒的运动速度为220千米,是56式半自动步枪子弹出膛速度的300倍。

——暗物质应该来自于宇宙大爆炸。在宇宙早期某一个时刻,宇宙温度非常高,粒子能量非常强,它们剧烈碰撞,在这种相互作用下,包括暗物质在内的各种各样的物质由此产生。

——宇宙的结构与暗物质有关。由于暗物质和它自己以及其他物质不发生除了引力以外的作用,它是促使宇宙膨胀时在自身引力下形成特定结构的首要物质类型。暗物质播下了宇宙丝状结构的种子,随后可见物质才聚集在一些由暗物质建立起来的引力点上,并最终形成了星系。

——暗物质对生命来说是绝不可少的。假如没有暗物质的引力作用,我们所在的银河系将永远无法在宇宙大爆炸后的膨胀过程中坍缩形成。那样的话,现在既没有太阳,也没有地球,更没有你我……

中科院国家空间科学中心主任吴季说,由于人类还不了解暗物质,不得已才称它们“暗”,一旦发现了它们是什么,并且随着研究的深入,新发现的粒子就会有很多名字。“暗”只是阶段性的名字,也充分体现了人类还不了解它。

对于找到暗物质,科学家已经等待了数十年。通过一系列实验和观测,科学家们或许距离破解暗物质这个宇宙谜团只有一步之遥了。

 

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