解读 11 月 30 日紫金山天文台公布的暗物质粒子探测卫星「悟

姓名:李欢洋  学号:16010110003

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【嵌牛导读】:《自然》杂志 11 月 29 日发表我国暗物质粒子卫星「悟空」的首个科学成果，宣布获得了世界上最精确的高能电子宇宙线能谱。

【嵌牛鼻子】:暗物质，粒子，探测卫星，悟空。

【嵌牛提问】:你是否想了解悟空探测的过程呢？

【嵌牛正文】:人们对于“悟空”最大的期待，就是借着它的“火眼金睛”捕捉到暗物质的踪影。用暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进研究员的话讲，“我们想通过‘悟空’的火眼金睛，找到暗物质这个‘妖魔鬼怪’”，目标通俗而直白。

“悟空”是中国的暗物质粒子探测卫星DAMPE（dark matter particle explorer）的名称，2015年12月17日发射升空。近两年的时间过去了，它究竟捉到暗物质这个“妖魔鬼怪”了么？11月27日上午，中国科学院发布了“悟空”捕捉暗物质530天的成果。

530天的“捉妖”记录

天文学家认为，宇宙中只有4%的物质是我们可以看到的，但绝大部分是由看不见的神秘东西构成的，他们称其中的23%为暗物质，73%甚至以上的部分为暗能量。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。

据常进介绍，“悟空”号运行期间，每秒将会捕捉、探测到60个高能粒子，平均每天就有500万个高能粒子被“悟空”捕获。而“悟空”能够观测的是能量区间为GeV-10TeV的电子和伽马射线，如此大的能量区间跨度要求单个探测器的动态范围达100万倍，否则将无法鉴别粒子。

解读 11 月 30 日紫金山天文台公布的暗物质粒子探测卫星「悟空」重大成果。

在轨运行的前530天里，“悟空”卫星共采集了约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测量结果（图3）。北京时间2017年11月30日，Nature杂志在线发表了这一结果[1]。

解读 11 月 30 日紫金山天文台公布的暗物质粒子探测卫星「悟空」重大成果。

图3：“悟空”在轨运行530天后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Fermi-LAT测量结果（蓝点）、丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪AMS-02的测量结果（绿点）的比较。

从“悟空”已经获得的数据中不难发现，“悟空”探测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有了显著地提高，“悟空”也是世界上首个在空间观测TeV以上波段的探测卫星，拓展了我们观察宇宙的窗口。

此外，值得注意的是：“悟空”首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在接近1TeV处的“拐折”，该拐折也反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力，其精确的下降行为或对于判定部分（能量低于1TeV）电子宇宙射线是否来自于暗物质起到关键性作用。

本领高强的“悟空”

“‘悟空号’凭借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。”中国科学院院长白春礼在27日的新闻发布会上介绍说。

目前，天空中共有四颗暗物质探测卫星，分别是阿尔法磁谱仪AMS-02（the Alpha Magnetic Spectrometer）、美国费米卫星Fermi-LAT（the Large Area Telescope on the Fermi Gamma-Ray Satellite）、日本的CALET卫星（CALorimetric Electron Telescope）以及中国的“悟空”。