暗物质粒子探测卫星——悟空号

来源：中国空间科学学会CSSR

2015年12月17日晨8点12分，长2丁火箭从酒泉卫星发射中心拔地而起，将暗物质粒子探测卫星(又名悟空号；英文名为Dark Matter particle explorer)成功送入距地面500公里的太阳同步轨道。一周后悟空号上搭载的四个子探测相继开机工作，至此我国终于实现了天文卫星零的突破。悟空号的成功发射也引发了国际广泛关注，例如英国的《自然》杂志在焦点新闻栏以“暗物质探测器开启中国空间科学时代”（Dark matter probe launches era of Chinese space science）为题予以了重点报道。

悟空号首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在~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。2008年以来系列的探测实验表明无论是正、负电子宇宙射线的总能谱还是正电子能谱与标准宇宙线传播模型的预言相比都存在显著的超出，这些超出被广泛的解释为暗物质粒子的湮灭或者衰变, 但也可能来自于脉冲星这样的普通天体源。对AMS-02的反质子比例数据和悟空号的正负电子总能谱数据的研究表明，暗物质模型的确可以自洽的拟合这些数据，而且与之前的研究相比这些参数的精确性大为提高。但是这些参数空间已经被宇宙微波背景或是河外弥漫伽马射线背景辐射排除。因此，低于1TeV的电子宇宙射线能谱超出的暗物质起源模型受到了挑战。

此外，悟空号的数据初步显示在~1.4 TeV处存在能谱精细结构。目前悟空号运行状态良好，正持续收集数据，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重大发现。这是因为高能电子在银河系中传播的时候会快速的损失能量，因此TeV的电子不能传播很远，也就是其辐射源应该离我们比较近；出现精细结构也意味着辐射源产生的电子宇宙射线能谱非常尖锐，目前尚不清楚天体物理过程是否真的能够产生如此奇特的结构。

除了电子宇宙射线数据，悟空号的伽马射线数据也可用于暗物质搜寻。尽管悟空号的伽马射线探测面积显著的小于Fermi-LAT, 但它的能量分辨率显著的优于后者，因此仍有望在伽马射线线谱探测方面取得重要成果。现在，由中国、日内瓦、意大利3个国家科学家组成的悟空号科学团队正在努力分析悟空号的数据，希望能够早日发现暗物质的踪迹。

转自：紫金山天文台，抖音号PMOCAS