“悟空”暗物质粒子探测卫星伽马光子科学数据正式公开发布

2021年9月7日，中国科学院国家空间科学中心国家空间科学数据中心、中国科学院紫金山天文台联合公开发布暗物质粒子探测卫星“悟空”首批伽马光子科学数据。空间伽马射线观测作为人类认识宇宙的重要手段之一，在宇宙起源、暗物质探测等科学前沿问题的研究中发挥着积极作用。

此次公开发布的2016年1月1日至2018年12月31日的伽马光子科学数据（共计99864个事例），以及与其相关的卫星状态文件（共计1096条记录），可通过国家空间科学数据中心或中国科学院紫金山天文台网站获取。

“悟空”伽马射线曝光图

专项背景

空间科学先导专项（一期）是国务院2010年批准的“创新2020”A类先导专项之一，2011年1月11日正式启动，旨在聚焦最具优势和最具重大科学发现潜力的科学热点领域，通过自主和国际合作科学卫星计划，实现科学上的重大创新突破，带动相关高技术的跨越式发展，发挥空间科学在国家发展中的重要战略作用。该专项由中科院国家空间科学中心牵头实施。

卫星探析

暗物质粒子探测卫星（英文简称“DAMPE”，又名“悟空”）作为空间科学先导专项（一期）首发星，于2015年12月17日在酒泉卫星发射中心成功发射。其主要科学目标是通过在空间观测高能电子（包括正电子）和伽马射线能谱，来寻找暗物质粒子的存在证据，并开展宇宙射线起源及伽马射线天文方面的相关研究。经过五年半的平稳运行，目前“悟空”卫星平台、有效载荷均工作正常，已经完成全天区扫描超过11次，获取了约107亿高能宇宙射线事例，已先后获得了宇宙线电子、质子、氦核等TeV以上能区最精确的测量结果，在暗物质间接探测和宇宙线起源方面做出了重要贡献。

“悟空”的有效载荷由4个子探测器（塑闪阵列探测器PSD、硅阵列探测器STK、BGO量能器、中子探测器NUD）构成。其中，塑闪阵列探测器主要用于测量入射粒子的电荷，并用于伽马射线的反符合探测；硅阵列探测器主要用于测量入射粒子的方向，内部装有钨板将伽马射线转换为正负电子从而实现对其方向的精确测量，同时也可以对入射粒子的电荷进行测量；BGO量能器主要用于测量宇宙线粒子尤其是高能电子和伽马射线的能量，同时进行粒子鉴别，剔除高能核素（包括质子和重核）本底；中子探测器用于测量宇宙线中的强子与中子探测器上层的物质发生作用产生的次级中子，进一步剔除高能核素本底。

“悟空”号载荷结构图

发布意义

暗物质粒子间接探测、宇宙线物理和伽马射线天文是“悟空”的三大科学目标，而对伽马射线的观测是实现其科学目标的重要手段之一。

由于伽马光子不带电荷，在传播的过程中不会被磁场偏转，可以更好地携带暗物质空间分布的信息，故而在暗物质间接探测研究中伽马射线数据具有特殊的价值。暗物质粒子探测卫星的伽马射线观测具有极高的能量分辨率，有望更好地研究暗物质的性质。

国际上已有伽马射线空间望远镜的观测显示在伽马射线波段具有多种天体以及丰富的天体物理过程值得研究。暗物质粒子探测卫星在2 GeV以上的伽马射线数据中已认证出超过200个恒稳伽马射线源（包括活动星系核，脉冲星，脉冲星风云和超新星遗迹等），可用以深入研究活动星系核的黑洞喷流成分，脉冲星产生脉冲辐射的机制以及超新星遗迹对宇宙线加速的贡献等。暗物质粒子探测卫星的伽马射线数据还将对费米卫星新发现的位于银河系中心的巨大伽马射线泡的形成机制提供新的观测信息。挖掘这些伽马射线数据还将有望对伽马射线时变源提供独立的观测。

数据解密

伽马光子科学数据主要包括光子数据文件和卫星状态文件两类。光子数据文件是从卫星探测到的事例数据中经过光子挑选得到的，文件主要记录了光子数据的物理信息和GTI（好时间段）信息：物理信息包括光子到达时间、重建能量、重建方向、触发类型等；GTI信息记录卫星观测模式的时间信息。卫星状态文件主要记录卫星的时间、位置、速度、指向和有效时间等信息。为了便于全球的科学家用户进行数据分析，同时提供伽马射线高级数据分析软件DmpST，用以辅助进行科学数据分析。

特别感谢暗物质粒子探测卫星合作组在伽马光子科学数据处理、质量控制及分析软件方面做出的重要贡献。

“悟空”伽马光子科学数据全天计数图

后续，国家空间科学数据中心与中国科学院紫金山天文台将持续发布伽马光子科学数据，开展数据分析与应用技术及工具的研发，为公众提供更多样、更精细、更透明的数据共享与应用服务。