“悟空”卫星火眼金睛发现神秘信号!

现代快报全媒体 11-30

现代快报讯(记者 徐岑 见习记者 韩雨霁 文 / 摄)" 悟空 " 的火眼金睛探测到了什么东西,引起了全世界的关注?11 月 30 日下午,中科院紫金山天文台召开暗物质粒子探测卫星 " 悟空 " 首批重大科学成果报告会。现代快报记者了解到," 悟空 " 号首次直接测量到能谱在 ~1TeV 处的拐折,且探测到了电子宇宙射线的一处异常波动。而这个波动,有可能与暗物质有关。

【暗物质】

宇宙 95% 的物质是暗物质和暗能量 没有暗物质,人类可能不存在

什么是暗物质?暗物质卫星首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进介绍,天文观测表明,暗物质是存在的,但是它既不发光,也不反射光,也不吸收光,不仅通过人眼看不到它,而且通过电磁波也探测不到它。"

△暗物质卫星首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进

这样一个在太空中 " 隐形 " 的物质,我们为什么要去探测它?" 有大量的观测表明,人类只弄清了宇宙 5% 的普通物质,比如光子、中微子等。而还有 95% 的物质,也就是宇宙最主要的部分其实是暗物质和暗能量。" 所以搞清楚暗物质是什么,有什么特征,对于物理学来说,是重大突破。

△暗物质卫星地面科学应用系统副总设计师、中科院紫金山天文台研究员范一中

暗物质卫星地面科学应用系统副总设计师、中科院紫金山天文台研究员范一中也告诉现代快报记者,暗物质的能量深刻的影响着宇宙的演化以及星系的形成。" 我们甚至可以大胆猜测,如果没有暗物质,就不会有太阳系和地球,人类也就不会存在。" 范一中补充道,因此研究暗物质非常重要。

【" 悟空 " 卫星】

" 悟空 " 上天近两年 科学成果登上 Nature

那 " 悟空 " 卫星和暗物质有什么关系?常进介绍,目前探测暗物质的方式有三种:在加速器上探测暗物质粒子、在地下直接探测暗物质粒子和在天上间接探测暗物质粒子。" 我们的探测卫星就属于第三种。暗物质本身虽然看不见,但是它湮灭或者衰变了的时候会产生看得见的粒子。通过探测卫星直接探测看得见的粒子,可以间接探测看不见的暗物质粒子,叫间接探测法。"

据介绍," 悟空 " 于 2015 年 12 月 17 日发射成功,是中国的首颗天文卫星。它的核心使命就是在宇宙线和伽马射线辐射中寻找暗物质粒子存在的证据,并进行天体物理研究。

" 上天近两年,悟空在轨运行仍然保持 100 分的状态。在前 530 天,卫星共采集了约 28 亿颗高能宇宙射线,其中包含约 150 万例 25GeV 以上的电子宇宙射线。" 常进介绍,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 TeV 电子宇宙射线探测结果。而这个结果也在 2017 年 11 月 30 日在 Nature 杂志在线发表。

△ " 悟空 " 首次直接测量到的拐折

开辟宇宙观测新窗口 疑似发现 " 暗物质 " 踪迹

GeV、TeV 是什么概念?专家介绍,1GeV=10 亿电子伏特,而 1TeV=1 万亿电子伏特。而人类眼睛最敏感的可见光能量约为 2 电子伏特。而高能电子能量基本在 5GeV 到 10TeV 之间。

此次 " 悟空 " 的能量测量范围与世界上其他的空间项目相比有显著提高,开辟了宇宙观测新窗口。"AMS-02(阿尔法磁谱仪)是不到 1 个 TeV,费米大概在 2 个 TeV 以下,但是我们 156 次的结果接近 5 个 TeV,这个窗口的延伸对科学特别重要。" 常进说。此外," 悟空 " 测量到的 TeV 电子的能量最准、" 纯净 " 程度最高。

而最重要的是," 悟空 " 在物理上首次直接测量到了能谱在 ~1TeV 处的拐折。这个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 1TeV)电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。" 虽然现在还不能百分之百的肯定发现了什么东西,但是好消息是‘悟空’在天上工作几乎完美,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 TeV 能段这些新奇的现象究竟是怎么回事。"

" 悟空 " 的火眼金睛为什么这么厉害?

为了探测暗物质,常进表示,国外也花了很多钱在研究,达到了数百亿。比如,国际上的空间暗物质探测器阿尔法磁谱仪 AMS-02、费米卫星分别耗资 20 亿、7 亿美金。悟空号相比较而言,成本相对低。那为什么是 " 悟空 " 的 " 火眼金睛 " 看得最清、测得最准?

作为首席研究员,常进介绍," 悟空 " 卫星本身是一个高能粒子和伽马射线的望远镜。研制过程中,最大的挑战是粒子鉴别。" 这颗卫星和国际上其它的卫星不一样的是,我们是要观测所有的高能粒子。而天上的粒子多种多样,每一种粒子的流量完全不一样。" 他解释,以高能宇宙射线的主要成分——质子来说,它的流量要比电子高约 1000 倍,要比伽马射线高 100 万倍,因此你要观测伽马射线必须要把质子本底至少降低 2000 万倍。" 打个比方来讲,在一个 2000 万的大城市要去寻找 20 个人,不能弄错一个人,这是一个难度很大的事。"

第二个挑战,是 100 万倍的动态范围。" ‘悟空’卫星希望通过观测 GeV 到 10 个 TeV 以上的高能电子和伽马射线来探测暗物质粒子,要求单个探测器的动态范围达到 100 万倍。也就是说,把卫星的‘眼睛’作为人的眼睛来看的话,你要看到一个 2 米高的篮球运动员,同时还能看到他身上的血小板。这是一件难度很大的事情。" 他表示,为了解决这个问题,包括中国科学技术大学在内的国内相关单位,做出了很重要的贡献。

" 悟空 " 上天后,地上也有一个 80 多人的团队在天天追。" ‘悟空’有监控人员,相当于队医,每天给卫星体检。一旦发现卫星‘感冒发烧’了工作人员就会立即进行相应的操作,确保它平稳运作。团队里还有科学分析人员,来分析解释‘悟空’收集到的数据意味着什么。" 常进说,这是一个很繁琐的工作,需要所有人互相配合才能完成。

【未来影响】

如果发现暗物质,未来会给人类带来哪些变化?

此次 " 悟空 " 卫星发现这样的新成果,范一中表示,意味着我国在暗物质卫星领域已经进入国际前列。" 各家的卫星可能各有所长,但我们在能量的测量、区分质子、电子方面已经达到了最棒的水平。"

那这会对我们未来的生活有什么影响吗?范一中表示,还不好说。常进也表示,从已有数据来看,并不能确定这些异常数据到底是不是暗物质,也无法预测暗物质的出现会给人类的生活带来哪些具体的影响。但作为一个标准模型里没有的粒子,找到暗物质意味着物理学的突破,从而促进科技的发展。" 一百年前科学家们发现了电磁波,从而促使 X 光在现在的广泛运用,而量子力学的应用则让手机的出现成为了可能。" 常进说,因此我们也可以相信暗物质的出现,会给未来人们的生活带来一定的影响。

(编辑 张爱红)

相关标签: 科学 快报 阿尔法 信号 地球

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