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2017年11月30日10:35 央广新闻

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今天我们来看看一则来自太空的消息,

这则消息来自已经翻出地球

十万八千里的探测卫星“悟空”号,

它那双“火眼金睛”在茫茫的太空中

找到了“暗物质”的神秘踪影。


今天凌晨,英国《自然》杂志发表的论文显示,“悟空”卫星已获得世界上最精确的高能电子宇宙线能谱。高能电子宇宙线能谱,这个词对于大多数人来说听着很陌生,它是什么?这个发现有什么意义?


暗物质,有多神秘?



当我们仰望星空时,除了太阳、月亮、星星外,感觉宇宙空荡荡的。然而这只是一种错觉!


现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、宇宙膨胀行为的研究表明:宇宙的密度由约4.9%的普通物质,26.8%暗物质和68.3%的暗能量组成。


中科院院长白春礼:我们所做的计算表明,这些看不见的物质总量远远超过看得见的物质。可见,我们对宇宙的认知还远远不够,这些看不见的物质就被暂时称为暗物质。发现暗物质,就自然成为了重大的科学前沿。


这是什么概念?也就是说,我们能看到的普通物质在整个宇宙中只占不到5%。剩下95.1%的宇宙组分,我们都看不到。


这里所说的“看不见”,不单单是说用我们的肉眼在可见光波段看不见,而是说不论探测什么波段的电磁波,比如无线电、红外线、紫外线、X射线等,都看不到它。也就是说,暗物质几乎不发出任何波段的电磁辐射。


曾经有这样一段话来形容暗物质:


科学家们深信,有一种神秘的物质,它们就像幽灵一样弥漫在我们每个人周围,它可以轻易穿过每个人的身体而又不被人察觉。


如此神秘而又重要的存在,让暗物质成为现代天文学和物理学的一大谜团。发现暗物质,成为重大科学前沿。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”。


“悟空”有多牛?



2015年,我国成功发射了暗物质粒子探测卫星“悟空”。它的使命,就是在茫茫宇宙寻找暗物质粒子存在的证据。具体来说,就是寻找暗物质粒子湮没过程产生的一些非常尖锐的能谱信号,也就是电子数目随能量变化情况的信号。这次“悟空”发现的高能电子宇宙线能谱,就是天文学家苦苦寻找的信号。


十二年前,中国科学院紫金山天文台副台长常进在南极完成的一次气球实验,让我国在探测暗物质的道路上迈出重要的一步。在这次中美联合实验中,常进使用了能够测量到非常高能量的探测器,却发现,在公认计数率应该下降的能谱段出现了超出。


国家空间科学中心主任吴季:这个发现引起了科学界的广泛讨论,到底是不是暗物质的蛛丝马迹?由于所获得的数据太少,置信度不高,因此无法完全确定,但是结果还是非常激动人心的。我还记得2005年我第一次到他的办公室,他就激动地给我看那条曲线,并且说,如果我能够做一个更大的探测器把它放到卫星上,我就一定能够断定它是不是暗物质湮灭产生的高能粒子。


2015年,我国成功发射了首颗天文卫星、暗物质粒子探测卫星“悟空”。


白春礼:来自宇宙空间的粒子能谱根据我们已知的物理规律有其特定的分布,其分布规律是逐渐下降的。如果出现异常,必然有着新的物理原因。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。到空间去精确地探测高能电子能谱,就可能发现暗物质存在的蛛丝马迹。


“悟空号”瞄准这个方向,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。在在轨运行的前530天里,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。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。


暗物质卫星工程首席科学家常进:“悟空”的数据揭示出电子能谱在1TeV出体现出一个拐折。科学家们分析,这个拐折反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力。而拐折中精确的下降行为,对于判定能量低于1 TeV的电子宇宙射线是否来自于暗物质,起着关键性作用。而更激动人心的是,“悟空”卫星初步发现电子宇宙射线能谱位于1.4TeV处存在精细结构。


我们在高能端发现了一个令人瞩目的现象,就一个点,流量突然上去又下来了,这个点是我们没有预见到的,现有的物理知识还没办法解释。


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。


常进:当然我们现在的数据量还不足百分之百肯定我们发现了什么东西,但是好的是“悟空号”在宇宙中工作几乎完美,还在继续收集数据。我们希望通过后面的数据能够弄清楚在这个能段的这些新奇的东西究竟是什么。


图解:为什么要找暗物质?



来源:军报记者


浩瀚宇宙

我们地球只是沧海一粟

期待“悟空”能够发现找到更多的证据

帮助我们进一步认识和解开“暗物质”之谜


责任编辑:张义凌

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