Det første fund af Kinas DAMPE kan kaste lys over forskning i mørkt stof

The Dark Matter Particle Explorer (DAMPE, også kendt som Wukong) mission offentliggjorde sine første videnskabelige resultater den 30. november i Natur , præsenterer den præcise måling af kosmisk stråle elektronflux, især et spektralbrud ved ~0,9 TeV. Dataene kan kaste lys over udslettelse eller henfald af partikel mørkt stof.

DAMPE er et samarbejde mellem mere end hundrede forskere, teknikere og studerende på ni institutter i Kina, Schweiz og Italien, under ledelse af Purple Mountain Observatory (PMO) under det kinesiske videnskabsakademi (CAS). DAMPE-missionen er finansieret af CAS' strategiske prioriterede videnskabs- og teknologiprojekter inden for rumvidenskab.

DAMPE, Kinas første astronomiske satellit, blev opsendt fra Kinas Jiuquan Satellite Launch Center i solsynkron kredsløb den 17. december, 2015. I en højde af omkring 500 km, DAMPE har indsamlet data siden en uge efter lanceringen.

I de første 530 dage med videnskabelig drift frem til den 8. juni i år, DAMPE har detekteret 1,5 millioner kosmiske stråleelektroner og positroner over 25 GeV. Elektron- og positrondata er karakteriseret ved en hidtil uset høj energiopløsning og lav partikelbaggrundsforurening.

Figur 1 viser de første publicerede resultater i energiområdet fra 25 GeV til 4,6 TeV. De spektrale data i energiområdet 55 GeV-2,63 TeV foretrækker stærkt en jævnt brudt strømlovsmodel frem for en enkelt strømlovsmodel.

DAMPE har direkte detekteret et spektralbrud ved ~0,9 TeV, med spektralindekset skiftende fra ~3,1 til ~3,9. Den præcise måling af det kosmiske stråleelektron- og positronspektrum, især fluxnedgangen ved TeV-energier, indsnævrer parameterrummet betydeligt for modeller såsom nærliggende pulsarer, supernova-rester, og/eller kandidater til partikel mørkt stof, der blev foreslået for at redegøre for "positronanomalien", som tidligere blev afsløret af PAMELA og AMS-02, ifølge FAN Yizhong, vicechefdesigner af DAMPEs videnskabelige ansøgningssystem.

"Sammen med data fra de kosmiske mikrobølgebaggrundseksperimenter, højenergi gammastrålemålinger, og andre astronomiske teleskoper, DAMPE-dataene kan hjælpe til i sidste ende at afklare sammenhængen mellem positronanomalien og udslettelse eller henfald af partikel mørkt stof, " sagde FAN.

Data antyder også tilstedeværelsen af ​​spektral struktur mellem 1 og 2 TeV energier - et muligt resultat af nærliggende kosmiske strålekilder eller eksotiske fysiske processer. Endnu, flere data er absolut nødvendige for at udforske dette fænomen.

DAMPE har registreret over 3,5 milliarder kosmiske strålebegivenheder, med maksimale hændelsesenergier, der overstiger ~100 billioner elektronvolt (TeV). DAMPE forventes at optage mere end 10 milliarder kosmiske strålebegivenheder i løbet af dets brugstid - forventes at overstige fem år i betragtning af den nuværende tilstand af dets instrumenter.

Mere statistik vil tillade mere præcis måling af det kosmiske stråleelektron- og positronspektrum op til ~10 TeV. Forskere vil også være i stand til at udforske spektrale træk potentielt genereret af mørkt stof partikeludslettelse/henfald eller nærliggende astrofysiske kilder, f.eks., pulsarer.

Figur 2 sammenligner resultaterne af de kosmiske stråleelektron- og positronspektre fra DAMPE og andre eksperimenter. DAMPE-resultaterne rapporteret her viser DAMPE's unikke evne til at udforske mulig ny fysik og/eller ny astrofysik i TeV-energivinduet, takket være dens høje energiopløsning, stor instrumentel accept, bred energidækning, fremragende elektron/protonseparationsevne, og langt arbejdsliv.

DAMPEs første videnskabelige resultat er en milepæl for det internationale samarbejde. Missionen vil fortsætte med at studere galaktiske kosmiske stråler op til ~10 TeV for elektroner/gammastråler og hundredvis af TeV for kerner, henholdsvis. DAMPE-data forventes at afsløre nye fænomener i universet i TeV-vinduet.