暗物質研究的最新進展 中國「悟空號」或能揭開一部分謎團

幾年前，「蜻蜓44」（Dragonfly 44）星系橫空出世。

有研究人員稱，其所含暗物質數量是普通物質的萬倍——99.99%是暗物質，與其同類星系大相逕庭，因此，其形成無法用現有模型解釋。但一個國際研究團隊在最新一期《皇家天文學會月報》上撰文指出，他們的新研究表明，該星系所含暗物質僅為普通物質的300倍，與同類相差不大，現有模型就可以闡述其形成，顛覆了此前的觀點。

天文學家在對擁有數千個星系的后髮座星團（Coma Cluster）進行深入研究時發現了「蜻蜓44」，距離地球約3億光年，其所含暗物質數量與銀河系所含暗物質數量相當，為10億個太陽質量。但銀河系包含數千億顆星體，而「蜻蜓44」只有一億顆星體，這意味著其所含暗物質數量是其星體數量的萬倍左右——超出預期100倍。

IAC研究人員伊格納西奧·特魯希略解釋說：「此前，研究人員宣稱有80個球狀星團，但我們發現只有20個，這大大減少了該星系所包含暗物質的數量，暗物質與可見物質的比例不再是萬比一，而是三百比一，因此『蜻蜓44』並非此前認為的無法用現有星系形成模型解釋。真實的情況是，它並非那麼奇異，現有模型就可以解釋它。」

而500公裡之下的中國科學院紫金山天文臺「悟空」號科研團隊，在首席科學家常進院士的帶領下也沒閒著，正在深入分析宇宙線和伽馬射線數據。

2015年12月17日8時12分，我國在酒泉衛星發射中心用長徵二號丁運載火箭成功將中國科學衛星系列首發星——暗物質粒子探測衛星「悟空」發射升空。

「這是中國科學家首次在太空中放置自己的高解析度高能空間望遠鏡。」常進說，「它有望深刻地改變人類的宇宙觀，實現空間科學重大突破。」

「悟空」的使命是尋找宇宙暗物質。科學家推測，宇宙中95%以上是暗物質和暗能量，其中暗物質佔26.8%。暗物質不發光、不發出電磁波、不參與電磁相互作用，它無法用任何光學或電磁波觀測設備直接「看」到。

人類探測暗物質的方式主要分為三類：一是對撞機探測，主要有歐洲核子中心的大型強子對撞機;二是在地下進行的直接探測，我國在四川錦屏山地下實驗室中正在開展相關實驗;三是間接探測，主要在空間進行。

「悟空」衛星就是採用第三種方式。物理學家們認為，暗物質粒子碰撞後會產生高能粒子，如伽馬射線、正負電子、正反質子、中微子等。暗物質衛星能精確探測這些粒子，通過其能譜、空間分布來尋找暗物質粒子存在的證據。

每天清晨和傍晚，「悟空」都會路過中國上空。位於密雲、喀什、三亞的三個數據接收站，每天要接收它回傳的約16G數據。而「悟空」號科研團隊就是要從日積月累的海量數據中分析出有價值的科學成果。

早在2017年，「悟空」號科研團隊就已向世界展示出首批成果：精確測量的太空中的電子宇宙射線能譜。2019年，團隊再次公布了對質子宇宙射線能譜的精確測量結果，發現能譜上存在一處新的結構。科學家們推測，這可能是鄰近某宇宙射線源的印記。

目前，「悟空」號科研團隊正開展氦核宇宙射線能譜分析。「我們發現氦核能譜也存在類似質子譜的拐折結構，這為我們進一步理解宇宙射線起源這一世紀謎題提供了重要數據。」紫金山天文臺袁強研究員告訴記者。

此外，「悟空」號團隊還在伽馬射線數據中搜尋暗物質信號，並正積極推動下一代暗物質粒子探測衛星——「甚大面積伽馬射線空間望遠鏡(VLAST)」的關鍵技術攻關。

據範一中介紹，「悟空」設計壽命為3年，目前已經超期服役近2年，但它看起來依舊「年富力強」，有望再次延長工作時間。