中国在该领域领先世界,外国科学家羡慕不已

中国在该领域领先世界,外国科学家羡慕不已

物理学上长期存在的一个挑战就是寻找暗物质的证据,这些物质被认为构成了宇宙质量的一大块。它的存在似乎对宇宙的结构和星系的形成和演化负责。但是物理学家还没有观察到这种神秘的物质。

由中国领导的太空科学代表团报告的结果为暗物质提供了一个诱人的,但不是确凿的证据。普林斯顿大学天体物理学家大卫·斯伯格尔说,也许更重要的是,中国是第一个致力于天体物理学的任务,并产生的第一个观测数据,表明这个国家将成为太空科学的一支力量。他说,中国现在“对天体物理学和空间科学做出了重大贡献”。

物理学家从引力对可见物质的影响推断暗物质的存在。但它从未被观察到。中国的暗物质粒子探测器用来填补这一空白,通过寻找一种假想的暗物质候选者——弱相互作用大粒子的间接衰变信号。

研究人员于2015年12月在北京以西约1600公里的戈壁沙漠的酒泉卫星发射中心发射了这艘宇宙飞船。它的主要仪器——一堆薄的、交叉的探测器条纹——被调谐来观察构成宇宙射线的粒子的传入方向、能量和电荷,特别是电子和正电子,电子的反物质对应物。宇宙射线来自于传统的天体物理对象,如星系中爆炸的超新星。但是,如果暗物质由弱互相影响大量粒子组成,它们会偶尔湮灭彼此,并产生电子-正电子对,这可能会被探测到超过预期的来自常规物体的粒子数量。

在最初的530天的科学观测中,DAMPE探测到了150万个宇宙射线电子和正电子在一定的能量阈值之上。当研究人员绘制出粒子数与能量相对应的图时,他们期望看到一条平滑的曲线。但是之前的实验已经暗示了曲线上的异常断裂。现在,DAMPE已经证实了这个偏差。“这可能是暗物质的证据,”但这条曲线的断裂“可能来自其他的宇宙射线源,”天体物理学家常进说。他是中国科学院南京紫山天文台(PMO)的负责人。这一结果在今天的《自然》杂志上发表。

需要更多的数据来确认暗物质粒子探测器可能会看到什么。但这方面也有好消息。“我们希望卫星能有3年的寿命,”张说。但考虑到航天器及其仪器的顺利运行,“我们现在预计它会持续5年,”他说。这将使卫星能够记录超过100亿次的宇宙射线事件。

该项目由包括北京国家空间科学中心在内的4所中科院下属机构组成。此外,中国科技大学合肥、日内瓦大学、意大利巴利、莱切和佩鲁贾大学也参与其中。这颗卫星被命名为“悟空”,是16世纪中国小说《西游记》中的美猴王。

暗物质粒子探测器也是中国第一个致力于天文学和天体物理学的任务,尽管它是在6月通过硬x射线调光望远镜进入太空的,目的是观察黑洞、中子星、活动星系核以及其他现象的x射线和伽玛射线辐射。

即使暗物质粒子探测器的数据不能解决暗物质之谜,这些测量将会告知我们对宇宙射线加速的理解将告诉我们关于超新星和脉冲星形成的物理过程。


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