[科普中国]-“悟空”的发现意味着什么

北京时间11月30日凌晨2时，国际学术期刊《自然》在线发表了暗物质粒子探测卫星“悟空”的首篇科学论文。其最重要的发现就是首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在1TeV处的“拐折”，并发现在1.4TeV处存在能谱精细结构的迹象。那么，这些发现意味着什么？这问题需要理论物理学家来解答。

问题一：1TeV处的“拐折”意味着什么？

理论物理学家、中国科学院紫金山天文台研究员范一中介绍说，人类目前无法直接观测暗物质，只能通过探测电子宇宙线等间接手段来寻找暗物质的踪迹。“电子宇宙线可能源于脉冲星、超新星等天体，也可能源于暗物质湮灭或衰变。”

那么，如何区分电子宇宙线源，就成为探测暗物质的关键问题。范一中认为，解决这个问题可能就要靠“拐折”。范一中说，“悟空”首次直接测量到电子宇宙射线能谱在1TeV处的“拐折”，与之前地面暗物质探测实验的结论可以互相印证。他认为，这个“拐折”反映了宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力，如果能精确地了解其下降行为，对于判定能量低于1TeV的电子宇宙线是否来自暗物质起着关键性作用。

问题二：1.4TeV处可能存在能谱精细结构说明什么？

“悟空”数据初步显示在1.4TeV处可能存在能谱精细结构，也就是超高能电子数量在1TeV附近产生“拐折”，在能谱分布上形成了一个尖锐的凸起。理论物理学家、中国科学院大学常务副校长吴岳良院士认为，这提供了暗物质粒子存在的一个可能的新证据。

吴岳良解释道：“理论上我们提出了可能产生这种尖锐能谱的两类方案：一类是在时间上能连续产生高能电子的天体，称为连续源；另一类是只能在短暂时间内产生高能电子的天体，称为短暴源。”连续源可以是暗物质形成的类点源，如由原初中等质量黑洞吸积暗物质而形成的高密度暗物质环，也可能是扩展源，比如由暗物质形成的子结构、暗物质子晕等。短暴源包括脉冲星云、超新星遗迹等。

分析表明，当产生高能电子的这些源为邻近源时，可解释“悟空”探测到的在1.4TeV附近的尖锐能谱，其宽度决定邻近源的距离。但是，这要求短暴源天体有不同于通常的幂律指数。因此，这个尖锐能谱最有可能是连续源的暗物质湮灭产生的，“但我们需要更多数据加以确定。如果未来我们能够确认这一精细结构，这将是暗物质存在的新证据”。

吴岳良表示，这只是对“悟空”数据分析的一些初步结论，理论物理学家们将持续分析这些数据，“或许我们能得到更多新发现”。