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暗物质是什么妖怪?我们的悟空率先发现了这些秘密

2017-11-30 江苏新闻广播

想必很多人的朋友圈今天都被“悟空”刷了屏:北京时间30日凌晨,国际权威学术期刊《自然》在线发表了中国首颗暗物质探测卫星“悟空”的首批成果:发现太空中的反常电子信号。

不明觉厉!



冷静下来后,很多人就开始思考:“悟空”到底是何方神圣?什么是暗物质?发现的反常电子信号究竟是什么啊?对我们能有什么影响?



30日下午,在南大科学园的紫金山天文台里,科学家们做了一场“暗物质粒子探测卫星“悟空”首批重大科学成果报告会。经历了近两年的时间,“悟空”终于取到了“经”。大师兄不愧是大师兄!



提示:文章可能涉及到一些物理知识,需要烧脑!


1悟空是何方神圣?


悟空号,是中国科学院空间科学战略先导专项的首发星,最早是由紫金山天文台的常进研究员于2005年提出。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。


暗物质卫星艺术构想图


在2015年12月17日发射成功,是中国的首颗天文卫星。

悟空发射升空


“悟空”仅有一张书桌大小,而它的“火眼金睛”是世界上迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间暗物质探测器。可以以很高的能量分辨率测量高达10TeV(相当于普通日光灯发出的能量的5万亿倍)的粒子。


2悟空取了什么经?


要了解悟空取的“经”,就必须先要了解“暗物质”。




“当天文学家发现我们的太阳系围绕银河系中心旋转的速度太快时,不得不设想,在银河系中除了可见物质之外,一定还有其他看不见的物质,他和光、电磁波不发生作用,所以称之为暗物质。他们和可见物质一起拉着太阳,使其不至于由于速度过高而飞离银河系的中心。”

——中国科学院院长白春礼


根据目前主流的看法,宇宙中已知的普通物质不到5%,95%以上是至今仍笼罩着神秘面纱的暗物质和暗能量。这些暗物质不发光,相互作用力弱,没有电磁相互作用,所以科学家迫切想知道它们到底是什么,对它们的研究很可能会引发科学上的革命。


暗物质带来的问题也因此被认为是“笼罩在当前物理学天空中的乌云”。


“我们希望借助悟空的火眼金睛,能够找到暗物质这个妖魔鬼怪。”报告会现场,“悟空”首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进“悟空”和“暗物质”。


暗物质卫星首席科学家常进

悟空号”从2015年12月17号发射成功以来,经过了530天的在轨运行,共收集了约28亿颗高能宇宙射线。基于这些数据,科研人员获取了目前国际上精度最高的电子宇宙射线(能量最准、纯净程度最高)。


更引人注目的是,“悟空”首次直接探测到了电子宇宙射线的“拐折”(在~1TeV处额拐折),而在正常的能谱变化里,它应该是一条平滑的曲线,这也就意味着这个“拐折”必有“古怪”。


悟空得到的高精度宇宙射线电子能谱(红色)


这个拐折,对于判定部分电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用!但并不表明,发现了暗物质。


有人认为这个拐折有可能产生于暗物质,也有人认为是特殊的天体构成产生的,还需要更多的数据才能被证实。


3悟空为什么能取到经?


在“悟空”之前,国际上已有一些空间探测器在尝试搜寻暗物质。但由于探测器规模或设计方案的限制,它们的探测能区相对较低,分辨率和粒子鉴别本领也有限。而“悟空”既可探测低能区,也能探测高能区。



与国际同类探测设备相比,“悟空”在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”和“区分不同种类宇宙射线的本领”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中产生的一些非常尖锐的信号。


就好比在有上千万人口的城市里找到特定的一个人,既要快,又要准。常进说。


4悟空取到的经,能干什么


虽然不像外界传的那样,人类发现了暗物质。但是科学家们认为,这同样是引人注目的。


“暗物质粒子,人们认为是物理上面的一朵乌云,把它弄清楚还需要好长的时间。但是我可以肯定说,打开一扇门,找到它的信号是很重要的。即便无法证明是暗物质的踪迹,‘悟空’也为全人类打开了观测宇宙的一扇新窗口。”常进说。


暗物质卫星首席科学家常进


“悟空”研究团队透露,今后两三年是卫星数据分析的关键时期,收集到目标事例越来越多,绘制的能谱越来越精确,还将有系列重大成果发布。


让我们一起期待

也感谢科学家的默默付出

你们辛苦了!


江苏新闻广播

记者 周洋


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