“悟空”号卫星： 拨开暗物质的“乌云”(2)

　　中科院紫金山天文台研究员袁强介绍说，目前国际上最著名的三个暗物质探测器分别是美国费米卫星、阿尔法磁谱仪AMS-02和我国的“悟空”。三者各有特色，AMS-02可以区分正反物质，费米的探测器面积大，而我们的探测器分辨率最高。
　　常进说，“悟空”在观测能段范围、能量分辨率、粒子鉴别本领等方面优于别的探测器，其观测能段是阿尔法磁谱仪的10倍，能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。而费用只有1亿美元，分别是美国费米、AMS-02的1/7和1/20。
　　以《西游记》中的美猴王名字命名的卫星“悟空”，没有携带金箍棒，却带了300多根“水晶棒”。
　　位于卫星核心部位的BGO能量器包含了308根纵横交错的晶体，每一根都有2.5厘米见方、60厘米长，是世界上最长的BGO晶体。
　　这些漂亮的“水晶棒”能够测量入射粒子的能量。电子和质子与晶体发生相互作用，产生类似淋浴喷水形状的簇射，而电子和质子产生的簇射形状不同，因而科学家可以区分出质子和电子。
　　“年富力强”并将继续在太空服役
　　每天清晨和傍晚，“悟空”都会路过中国上空。位于密云、喀什、三亚的三个数据接收站，每天接收它回传的约16G数据。而常进带领的团队就是要从日积月累的海量数据中分析出有价值的科学成果。
　　而在一年多前，常进团队就已向世界展示出首批成果：精确测量太空中的电子宇宙射线能谱。该成果于2017年12月7日在国际权威学术期刊《自然》发表。
　　电子宇宙射线的正常能谱变化应是一条平滑曲线。根据“悟空”积累的观测数据，科学家们发现在0.9万亿电子伏特处电子能谱呈现出明显的拐折，并且有初步迹象表明在1.4万亿电子伏特的超高能段呈现出异常波动，反映在图上是一个“尖峰”。
　　这些结构只有在观测精度达到最好的情况下才能被看到，幸运的是，“悟空”做到了！电子能谱在0.9万亿电子伏特处的拐折具有重要的天体物理意义，它反映出宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力，并且可以对部分暗物质理论模型给出很强的约束。1.4万亿电子伏特处的异常波动则显得更引人关注。不过，根据现有数据量和理论模型，还无法断定这一现象是否就是暗物质踪迹。
　　袁强告诉记者，探测暗物质的方式主要分为三类：一是对撞机探测，主要有欧洲核子中心的大型强子对撞机；二是在地下进行的直接探测，我国在四川锦屏山地下实验室中正在开展相关实验；三是间接探测，主要在空间进行。
　　“悟空”卫星就是采用第三种方式。物理学家们认为，暗物质粒子碰撞后会产生高能粒子，如伽马射线、正负电子、正反质子、中微子等。暗物质卫星就是精确探测这些粒子，通过其能谱、空间分布来寻找暗物质粒子存在的证据。
　　“悟空”设计寿命为3年，目前已经到期，但它看起来依旧“年富力强”。“经过评估，我们认为‘悟空’还可以继续在太空服役，现在已经被批准延长2年工作时间。”袁强说道。（记者 张 晔）（责任编辑：刘晓方）