暗物质卫星“悟空”首发最精确高能电子宇宙线能谱：有异常！

北京时间11月30日凌晨2时，暗物质粒子探测卫星“悟空”的首篇论文成果在顶级学术期刊《自然》上在线发表。基于在轨运行的前530天收集的28亿高能宇宙射线，“悟空”科研团队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。

值得一提的是，暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进在发布会上介绍到，数据初步显示，约1.4TeV（万亿电子伏特）处发现了异常的能谱精细结构，可能是新粒子存在的证据，也可能来自于某种天体物理现象。

一旦该精细结构被后续数据确认，将是粒子物理或天体物理领域的突破性发现。

“经济适用型”的“火眼金睛”

“悟空”将在下个月迎来发射2周年纪念日。“悟空”卫星是中国科学院空间科学战略先导专项的首发星，也是中国首颗天文卫星。取名“悟空”，卫星被寄予了通过“火眼金睛”探测宇宙暗物质的使命。

暗物质粒子探测卫星“悟空”号

占据宇宙95%密度的暗物质与暗能量虽不可见，但科学家们推测，暗物质粒子湮灭和衰变后，可能会产生看得见的普通高能粒子。只是这些粒子的信号十分微弱，容易被宇宙射线背景信号淹没，因此，“悟空”的“火眼金睛”，本质上就是高能量分辨、高空间分辨、高统计量、低本底的高能粒子望远镜。“悟空”探测器具体包括塑闪阵列探测器、硅径迹探测器、BGO量能器和中子探测器4个载荷。

常进最早在1998年提出了分辨粒子种类的新探测技术，能实现对高能电子、伽玛射线的“经济适用型”观测，尤其适合寻找暗物质粒子湮灭过程产生的一些非常尖锐的能谱信号。所谓能谱，就是电子数目随能量的变化情况。

精度最高的电子能谱

为了寻找暗物质，“悟空”特别关注的特征性信号有三种：伽玛谱线、晕状分布伽玛射线和奇异电子能谱结构。它平均每秒，就能捕获60个高能粒子。

常进介绍道，“悟空”在轨运行的前530天采集了约28亿高能宇宙射线，其中包含约150万25GeV以上的电子，基于这些数据“悟空”给出了目前国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果。

“悟空”的“火眼金睛”  新华社 贺萌 图

比起国外的空间探测设备，如美国费米卫星和丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪， “悟空”卫星的电子宇宙射线的能量测量范围有显著提高。

其次，“悟空”测量到的万亿电子伏特级别的电子 “纯净”程度最高，也就是其中混入的质子数量最少。

最后，“悟空”卫星首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在约1 TeV处的拐折，该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1 TeV）电子宇宙射线是否来自于暗物质起着关键性作用。

异常的尖锐能谱

更加惊喜的是，在1.4TeV处，“悟空”的数据里呈现出一个尖锐结构，这是之前所有人都未曾预测到的。

在1.4TeV处呈现出一个尖锐结构

中国科学院大学常务副校长吴岳良院士解读认为，除非有新的机制，否则天体物理将不能给尖锐能谱提供合适的选项。也就是说，尖锐能谱可能给暗物质的存在提供了新的证据。

暗物质卫星科学应用系统副总师、紫金山天文台研究员范一中说道，“悟空”仍需要更多的时间，来排除数据波动的影响。这个异常如果最后得到确认，留给理论物理学家的选择并不多：这是一种能量非常高的粒子，速度只比光速慢十万亿分之一，且距离地球很近。

常进说道，目前，“悟空”运行状态良好，可以打满分，正在持续收集数据。他希望，在明年年底的时候，能够对此有更明朗的判断。