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暗物质粒子探测卫星“悟空”获得迄今最精确高能电子宇宙线能谱

文章来源:紫金山天文台    发布时间:2017-11-30  【字号:      】

[video:20171130暗物质卫星“悟空”发布首批科学成果]

  中国科学院日前举行新闻发布会,宣布中科院空间科学战略性先导专项的首发星——暗物质粒子探测卫星(DAMPE)“悟空”取得首批重大科学成果。利用“悟空”采集到的数据,科研人员获得了世界上迄今最精确的高能电子宇宙线能谱。相关成果于11月30日正式在《自然》(Nature)杂志在线发表。

  中科院院长、党组书记、中科院院士白春礼,中科院副院长、空间科学先导专项领导小组组长相里斌出席发布会。“悟空”卫星总体及各系统参研参试单位代表参加发布会。

  “悟空”于2015年12月17日发射成功,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150万颗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电子宇宙射线探测结果。“悟空”的电子宇宙射线的能量测量范围比国外的空间探测设备有显著提高,拓展了观察宇宙的窗口;测量到的TeV电子的“纯净”程度最高(其中混入的质子数量最少),能谱准确性高;首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在~1 TeV处的拐折,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能量低于1 TeV的部分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”的数据初步显示在~1.4 TeV处存在能谱精细结构。目前“悟空”运行状态良好,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开创性发现。

  自然科研中国区科学总监印格致(Ed Gerstner)在发布会上评价说,现在还不知道这些结果代表着什么,但是这些结果是出乎我们意料之外的,所以它们有潜力改变我们看待宇宙的方式。该研究中实现的测量所需的精湛技术是无与伦比的,展示了中国技术实力发展的一个里程碑。

  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最重大问题之一。“悟空”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”采用了中科院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。它最早由紫金山天文台研究员常进于2005年提出,2011年12月该项目被正式列入中科院空间科学先导专项,常进担任首席科学家。该卫星的探测器由紫金山天文台、中国科学技术大学、近代物理研究所、高能物理研究所与国家空间科学中心联合研制。瑞士的日内瓦大学、意大利国家核物理研究院也参与了硅子探测器的研发。卫星平台由中科院微小卫星创新研究院研发,地面科学应用系统由紫金山天文台负责建设。

  “悟空”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,尤其适合寻找暗物质粒子湮灭过程产生的一些非常尖锐的能谱信号。

  白春礼在讲话中对卫星工程全体参研参试人员和科学研究团队表示热烈祝贺,对常进科研团队20年多来对暗物质粒子探测研究的坚持不懈,院属有关单位和院机关各部门的共同努力,财政部、科技部和国家自然科学基金委的长期支持,以及国际合作团队的积极参与表示感谢,并希望“悟空”团队及更多国内外科研工作者继续勇攀科技高峰,在推动人类探索宇宙奥秘上取得更多重大突破。

  白春礼指出,中国科学家已经从自然科学前沿重大发现和理论的学习者、继承者、围观者,逐渐走到了舞台中央。中科院和中国科学家长期以来在基础科学前沿的投入和付出终于有了突破。“悟空”瞄准发现暗物质这一重大科学前沿,在空间开展了探索性的工作,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。

  白春礼表示,中科院始终关注重大前沿问题,通过各种方式布局前沿课题研究。2011年1月,在财政部、科技部等有关部门支持下,中科院启动实施了空间科学先导专项,总体目标就是在最具优势和最具重大科学发现潜力的科学热点领域,通过自主和国际合作科学卫星计划,实现科学上的重大创新突破,带动相关高技术的跨越式发展,发挥空间科学在国家发展中的重要战略作用。“十二五”期间,空间科学先导专项的四颗卫星实现了“四发四捷”,取得了一批重大科学发现和实验验证成果。

  白春礼强调,在刚刚结束的党的十九大上,习近平总书记指出,创新是引领发展的第一动力,是建设现代化经济体系的战略支撑。要瞄准世界科技前沿,强化基础研究,实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。中科院在暗物质探测卫星方面的前瞻布局和习近平总书记加强基础研究的要求是一致的。未来,中科院将继续支持和组织中国科学家向重大科学前沿问题提出挑战,力争使中国的基础科学研究走在建设创新型国家和世界科技强国各项工作的前面,发挥带动和引领作用。

  相关专题:暗物质粒子探测卫星工程

新闻发布会现场

“悟空”在轨示意图

  “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)、丁肇中院士领导的阿尔法磁谱仪的测量结果(绿点)的比较。




(责任编辑:任霄鹏)

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