2022年12月17日—18日, “暗物质与空间天文发展研讨会暨‘悟空’卫星发射七周年会议” 召开。来自紫金山天文台、中国科学技术大学、近代物理研究所等单位的科学家以及项目组专家成员共50余人通过线上线下结合的形式参加了会议。暗物质粒子探测卫星悟空号的科学应用系统副总师黄光顺教授等科大师生10余人线上参加了本次会议。
会上进行了“悟空”号数据分析研讨,以及下一代“甚大面积空间宇宙线望远镜”(VLAST)计划的讨论。核探测与核电子学国家重点实验室师生针对“悟空”号在轨数据分析方面:高能电子谱,硼碳元素比、锂铍硼次级元素、超重宇宙线以及分数电荷粒子等方面的研究成果进行了介绍;并针对VLAST的预研分别介绍了量能器及读出电子学的进展及下一步工作计划。
截至2022年12月17日,“悟空”号已平稳在轨运行2557天,累计绕地飞行38952轨,完成全天区扫描14次,共探测到130亿高能粒子,平均每天记录约500万高能粒子。基于这些高质量在轨数据,合作组取得了一系列物理成果。值此“悟空”发射七周年之际,此次会上评出“高能电子谱”等“七项重要科学成果”。其中科大组对“电子谱”、“氦核能谱”、“硼碳比”三项成果做出了实质性的贡献,“分数电荷”则是科大独立完成的分析。国重实验室魏逸丰副研究员在这些课题中做出了突出贡献。
“悟空”号“七大进展”:
- 获得25 GeV - 4.6 TeV能段正负电子能谱结构的精确测量结果,首次以高置信度发现能谱在0.9 TeV处的“拐折”结构,为理解宇宙线正负电子的起源和限制暗物质模型参数提供了重要观测数据。该成果入选2018年度中国科学十大进展。
- 精确测量40 GeV - 100 TeV能段宇宙射线质子能谱,以高置信度揭示质子能谱在14 TeV处的变软拐折行为,可能是邻近宇宙射线加速源留下的印记。该成果入选2019年度中国十大天文科技进展。
- 精确测量70 GeV - 80 TeV能段宇宙射线氦核能谱,以高置信度揭示氦核能谱在34 TeV处的变软拐折行为。氦核能谱和质子能谱结构体现出高度相似性,表明其具有共同的物理起源。
- 悟空号观测到2017年9月一次巨大日冕物质抛射事件导致的正负电子流量的福布斯下降行为,并准确测量了流量下降后的恢复时间随着能量的变化关系,揭示出和传统理论预期不完全相符的新特征,为理解宇宙射线在太阳系内的输运过程以及和太阳活动的关系提供了新的数据。
- 借助其非常高的能量分辨率(~1%),悟空号对伽马射线线谱辐射进行了高灵敏度的搜寻,对暗物质湮灭或衰变产生单能伽马射线线谱的模型给出了严格限制,其中对湮灭模型参数的限制和Fermi-LAT的结果相当,而对衰变模型参数的限制优于Fermi-LAT结果,为国际上最好水平。
- 精确测量了10 GeV/n - 5.6 TeV/n能段的硼碳比例和硼氧比例能谱,揭示出二者在100 GeV/n处的显著拐折行为,意味着高能段宇宙射线传播速度比预想的更慢,对传统宇宙射线传播模型提出了挑战。
- 悟空号对宇宙空间中可能存在的分数电荷粒子进行了高灵敏度搜寻,对电荷绝对值为2/3电子电量的分数电荷粒子流量给出了严格限制,其灵敏度此国际上同类实验高三个数量级。