“悟空”探“妖”

程醉

2015年12月17日8時12分，“悟空”在酒泉衛星發射中心升空。“悟空”是一只非常勤奮的“猴子”，它每天要繞地球飛行15圈，每圈4萬多千米，從不偷懶。

“悟空”是一顆主要用來探測暗物質的人造衛星。準確地說，“悟空”就是一臺空間望遠鏡，其有效載荷質量為1410千克，主要由塑閃陣列探測器、硅陣列探測器、電磁量能器和中子探測器組成。它可以探測高能伽馬射線、電子和宇宙射線，還能測量高能粒子的能量、方向和電荷，以及鑒別粒子的種類。

“悟空”上天可謂是重任在肩，它是我國第一顆暗物質粒子探測衛星，所以它的任務就是去尋找暗物質粒子，研究暗物質特性與空間分布規律，以及探尋宇宙射線的起源，并觀測高能伽馬射線的。

原來，天文學家發現了許多星系中都存在額外的、看不見的引力源，還發現宇宙的總質量應該遠遠大于已知物質的總質量。種種未知現象都迫使科學家們提出，宇宙中或許還存在著一種“暗物質”。

暗物質，顧名思義就是我們通過眼睛和其他設備看不到的物質。我們已知的各種物質基本上都要受電磁力的影響，要么吸收光，要么反射光，要么就自己發光。但暗物質不受電磁力的影響，所以我們難以看到它。大多數科學家認為，暗物質應該是一種大質量、弱相互作用的粒子。滿足這個要求的候選粒子不止一種，所以暗物質不是某類具體的粒子，而是一個總稱。

看也看不見，摸也摸不著，那我們是如何知道暗物質存在的呢？

這還得靠科學家，他們在觀測星系旋轉的時候，發現所有能觀測到的物質提供的引力，無法抵消星系旋轉時產生的離心力。但是，星系中的星體并沒有越轉越遠，導致星系解體。所以他們認為，正是星系里比已知物質多得多的暗物質提供了額外的引力。

那我們要怎樣才能找到傳說中的暗物質呢？

“上天、入地、對撞機”，找暗物質的方法不外乎這三種。

“悟空”的任務就是上天，采用空間間接探測法，“捕捉”暗物質互相湮滅時產生的痕跡。根據我們現有的知識來看，暗物質可能很穩定，但是偶爾相撞就會發生湮滅。湮滅之后，可能就會產出特定速度的普通物質和反物質。

“悟空”可以根據觀測到的宇宙中加速的電子來找到暗物質的蹤跡。簡單地說，“悟空”在觀測中突然發現某一速度的電子射線數量變多了，但增加的這塊又無法用現有理論來解釋，那么它們就很可能來自于暗物質的湮滅。

全世界各國的科學家都希望能夠第一個觀測到增加的這部分電子射線，從而獲取暗物質的蛛絲馬跡。除了我國的“悟空”外，還有價值20億美元的阿爾法磁譜儀和價值7億美元的費米空間望遠鏡。然而，“悟空”是迄今為止觀測范圍最寬、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星。

說到這里，我們得先科普一個單位“TeV”。 TeV為萬億電子伏特，相當于可見光能量的一萬億倍。阿爾法磁譜儀和費米空間望遠鏡無法對萬億電子伏特以上的電子射線進行觀測，而“悟空”則可以對空間進行最高能段（4.6TeV）的電子譜直接觀測。并且，“悟空”對宇宙射線觀測得更為仔細。

說了這么多“悟空”的好話，莫非它真的發現了暗物質粒子？

非也，非也。“悟空”累積探測到了幾十億個高能粒子，根據這些數據，我國科學家繪制出了目前世界上最精確的電子宇宙射線能譜。同時，“悟空”觀測到在0.9TeV的地方，能譜發生了一次“拐折”；在1.4TeV的地方電子數目偏高，發現一個尖峰狀精細結構；最后就是在最高能的地方，似乎能譜又翹起來了。

第一個“拐折”對于理解電子的加速過程具有重要的意義，也可能意味著這里隱藏了有關暗物質的信號。第二個尖峰狀精細結構是完全出乎預料的，如果能被今后積累的數據所證實，無論它是來源于暗物質，還是某種特殊性質的天體，都是以前大家沒有認識到的全新現象。第三個點同樣還需要更多數據來驗證。

簡單地說吧，“悟空”這兩年的探測成果還不能讓我們確認已經發現了暗物質。它主要是探測到了一些反常的高能電子，也許這些電子就是暗物質湮滅的產物。隨著下一步對這些新現象的驗證和研究，很可能會為我們帶來激動人心的消息。endprint