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“悟空”窥见崭新的宇宙面貌

发布日期:2018年03月29日 来源 : 《光明日报》 字体: 【大】【中】【小】

  暗物质和暗能量属性奇特,不发光、也不参与电磁相互作用,对我们而言,它们以一种看不见摸不着的状态存在,但其产生的万有引力左右着宇宙的演化和物质的运动。暗物质和暗能量超出了目前物理学的认知范围,对其物理本质的研究必将带来基础物理学的重大突破,产生物理学乃至科学技术的革命。


  暗能量离我们很可能还很遥远,暗物质却有望在不远的将来展现曙光。通过天文观测,我们推断暗物质有两个非常重要的特征:一是其很可能是一种新的重粒子,二是其自身和普通物质之间可能有微弱的相互作用。这两个特征允许我们可以有针对性地设计实验探测暗物质。一般有三种探测方式,在粒子对撞机上产生暗物质粒子、在地下实验室捕捉暗物质粒子和普通原子核的碰撞以及在太空中观测暗物质粒子湮灭或衰变的产物。“悟空号”采用的是第三种观测方式。


  “悟空”本质上是一个高能粒子探测器。因为大气层的阻挡,在地面探测这些高能量的粒子比较困难,我们就将仪器发射到太空去。“悟空”通过探测高能宇宙射线粒子,包括各种元素的原子核、电子、伽马射线等粒子,来寻找暗物质湮灭或衰变后留下的蛛丝马迹。“悟空”升空以来,每天绕地球飞行15圈,平均每秒钟获得60个高能粒子,每天获得500万个高能粒子。从发射到现在,卫星工作十分稳定,数据质量优异。


  根据前530天的观测数据,“悟空”的首批科学成果在著名的《自然》杂志发表。科研人员报道了国际上最精确的电子能谱测量结果,引起了学术界的高度关注。“悟空”的探测结果将电子的空间直接观测能段推到了新的高度,精度也达到前所未有的程度,开辟了人们观测宇宙的新窗口。“悟空”卫星直接测量到了电子能谱在约一万亿电子伏处的拐折,为理解高能电子的来源提供了关键性的数据。此外,科研人员在“悟空”的数据中发现存在反常结构的初步证据,如果最终被证实,这样的结构将很难用天体物理过程解释。但现有的数据量还不足以下定论。“悟空”卫星正在持续积累数据,科研人员希望通过更多的观测数据最终能够澄清该现象的物理本质。


  除了暗物质探测的目标,“悟空”卫星的数据还可以广泛地用于宇宙射线和高能天体物理的研究,为我们理解宇宙中极端条件天体和激烈活动现象等提供帮助。借助“悟空”的“火眼金睛”,我们将可以窥见崭新的宇宙面貌。(作者:袁强,系中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文研究部研究员)

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