“悟空”号“绘”出TeV以上能段最精确氦核宇宙线能谱
2021-05-19 18:02 来源: 新华网

    2017年以来,我国发射的第一颗用于空间高能粒子观测的卫星——“悟空”号相继在电子、质子、氦核宇宙线测量方面取得突破性进展,标志着我国的空间高能粒子探测研究已跻身世界最前列。

    5月19日上午,中国科学院紫金山天文台召开新闻发布会,发布“悟空号”最新科研成果。据介绍,近期,“悟空”号国际合作组在《Physical Review Letters》杂志发表了宇宙线氦核70 GeV至80 TeV能段的精确能谱测量结果。这是国际上首次利用空间实验实现对10 TeV以上能段氦核宇宙线能谱的精确测量。

    中国科学院高能物理研究所研究员,DAMPE科学团队成员毕效军表示,宇宙线结构问题,是宇宙线研究的难点之一。“悟空”号的测量结果确认了氦核能谱在几百GeV/n处的变硬特征,并且首次以高置信度揭示出氦核能谱在约8.6TeV/n(34.4TeV)存在能谱变软结构。这一新的结构很可能是由近邻个别宇宙线源留下的印记。“悟空”号的结果对揭示高能宇宙线的起源以及加速机制具有十分重要的意义。

    “悟空”号为什么要研究宇宙线?毕效军研究员介绍,我们赖以生存的地球无时无刻不在经受来自外太空中高能粒子的轰击,这些粒子包括各种原子核、正负电子、高能伽马射线和中微子等,它们统称为宇宙线。宇宙线被认为起源于超新星爆炸的遗迹或者黑洞吸积等极端天体,因此它们也是极端条件下天体环境和物理规律的信使。

    宇宙线的数目随着能量的关系称为其能谱,蕴含有丰富的关于宇宙线的物理信息。随着能量升高宇宙线粒子数目急剧减少,体现出随能量的负幂律函数依赖关系。精确测量宇宙线的能谱是研究宇宙线物理的核心任务。

中国科学院紫金山天文台研究员、DAMPE科学团队成员袁强介绍“悟空”最新成果

    中国科学院紫金山天文台研究员,DAMPE科学团队成员袁强表示,“悟空”号的主要使命就是间接探测暗物质粒子并研究宇宙线物理。和国际上其它类似探测设备相比,“悟空”号覆盖能段宽、能量测量准、粒子鉴别强,在高能正负电子和核素宇宙线的观测方面位居国际前列。

    质子和氦核是宇宙线中丰度最高的两种粒子,其数目占宇宙线的约99%。“悟空”探测器具有优异的电荷分辨本领,可以对高能宇宙线质子和氦核进行有效鉴别,进而分别实现对质子和氦核能谱的精确测量。与同类型空间探测实验相比,“悟空”号具备领先的电荷分辨能力。

    利用“悟空”号收集的前两年半的数据,合作组获得了从40 GeV到100 TeV能段的质子宇宙线精确能谱(DAMPE 2019, Sci. Adv., 5, eaax3793),揭示出在宽能段范围内质子能谱明显偏离理论预期的幂律能谱的行为特征。

    此次“悟空”发布的最新科研成果基于卫星前四年半的在轨观测数据,“悟空”号国际合作组获得了宇宙线氦核从70 GeV至80 TeV能段的精确能谱测量结果。和以往实验结果相比,“悟空”号的结果在TeV以上能段精度显著提高。氦核能谱和质子能谱体现出非常类似的行为,预示着它们存在共同的起源。

    据悉,“悟空”号目前已进入二次延寿运行阶段,探测器状态良好,仍在不断积累高质量观测数据。随着数据的进一步积累和分析的深入,“悟空”号有望取得更多的重要成果,为最终揭开高能宇宙线的起源和加速之谜做出重要的贡献。(文案/编导:庞雪汀 拍摄/剪辑:沈昱君 于华杰) 

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