530天 “悟空”有了大发现

中国网/中国发展门户网讯 （记者王虔）日前，中国科学院举办了暗物质粒子探测卫星“悟空”首批科学成果新闻发布会，记者在会上获悉，“悟空”卫星获得世界上最精确的高能电子宇宙线能谱，发现了超出人们预期的新现象，可能和长期以来困扰科学界的暗物质相关。

中科院供图

走近“悟空”

“悟空”卫星是中国科学院空间科学战略先导专项的首发星，采用了中国科学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。“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（能谱是指电子数目随能量的变化情况）信号。国家空间科学中心主任吴季介绍，暗物质卫星工程在材料、设计、研制、运载发射等各个方面获得了来自中国科学院相关院所、紫金山天文台、航天科技集团公司等单位的支持。

“悟空”卫星于2015年12月17日发射成功，卫星在轨运行的前530天共采集了约28亿高能宇宙射线，其中包含约150万25GeV以上的电子宇宙射线（1 GeV=10亿电子伏特）。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。该成果于北京时间2017年11月30日在Nature杂志在线发表。

“拐折”与“精细结构”意味着什么？

暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进表示，到目前为止，卫星在轨运行将近2年，所有探测器性能保持100分的状态，预计将可以运行5年甚至更长时间。

“悟空”卫星工作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）、丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪的测量结果（绿点）的比较。中科院供图

常进介绍，与之前结果相比，“悟空”卫星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（AMS-02, Fermi-LAT）有显著提高，拓展了观察宇宙的窗口。“悟空”卫星测量到的TeV电子的“纯净”程度最高（也就是其中混入的质子数量最少），能谱的准确性高。“悟空”卫星首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在^~1 TeV处的拐折，该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部分（能量低于1 TeV）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”卫星的数据初步显示在^~1.4 TeV处存在能谱精细结构。

暗物质卫星科学应用系统副总师、紫金山天文台研究员范一中对“拐折”进行了一进步解释。他介绍，如果暗物质直接湮灭到正、负电子对，能谱上会出现一个非常陡的截断。因此1TeV以上的能谱精确测量非常的关键，这也是“悟空”团队的重要目标。“悟空”卫星工作530天得到的高精度宇宙射线电子能谱显示，在0.9TeV以下流量变化相对平缓，而之上却陡峭的多。这个现象被称为“拐折”。“悟空”的精确测量结果澄清了TeV能区的电子宇宙射线的能谱行为，并为判定一些相对能量低一些的电子宇宙射线是否真的来自于暗物质提供了关键性数据。

中科院供图

“悟空”还首次观察到高能电子在^～1.4 TeV呈现尖锐的能谱，这一能谱精细结构引起了科学家们的高度重视。中国科学院大学常务副校长、中科院院士吴岳良介绍，经过科学分析，此次发现的尖锐能谱有可能源于暗物质这样的基本粒子，也有可能源自脉冲星、超新星遗迹等天体，但目前的资料中无法找出符合条件的脉冲星，因此，除非有新的机制，否则尖锐能谱的天体物理解释将不是合适的选项。“悟空”观察到的^~1.4TeV尖锐电子能谱暗示了暗物质粒子存在的可能的新证据。吴岳良表示，现在除了深入发展分析的方法，还要等待悟空号收集更多的数据。

中国科学院院长白春礼在发布会上表示，“悟空号”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。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。自然科研中国区科学总监印格致博士认为，悟空卫星团队报告的结果“有潜力改变我们看待宇宙的方式”。