中国连夜宣布重大发现,“悟空”用火眼金睛看到了暗物质!

揭开暗物质之谜,将是日星说、引力定律、相对论及量子力学之后的一次重大飞跃,将带来物理学的有一次革命。

在天文学界和物理学界,或者对于所有人来说,大家都普遍对一个东西感兴趣,那就是被赋予“神秘又恐怖感”的——暗物质。

但是,暗物质究竟是个啥?它能干什么?找到它,我们又能干什么?

11月30日,国际权威学术期刊《自然》在线发表了中国首颗暗物质探测卫星“悟空”的首批成果:

一、“悟空”首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在1 TeV处(1GeV=10亿电子伏特)的拐折,极大的提高了部分电子宇宙射线是来自于暗物质的湮灭的可能性;

二、宇宙线高能电子约在1.4TeV附近呈现出尖锐的能谱,为暗物质粒子存在的可能性提供了新证据。

简单来说,就是数据不正常,所以,一定存在让数据不正常的东西。科学家认为,这个东西就是“暗物质”。

暗物质从哪来?

20世纪,科学家“惊恐”的发现,宇宙正在不断的膨胀!而且还发现了一个被称之为“宇宙微波背景辐射”的东西!

机智的科学家们立即意识到,一个巨大的挑战正在向他们靠近。所谓知己知彼,百战不殆,科学家们首先的攻克对象,就选择了这个“宇宙微波背景辐射”。

令科学家惊喜的是,通过“宇宙微波背景辐射”,他们成功的推断出了宇宙的年龄、能量密度和膨胀速度。

但是,问题又来了,现知的物质及其产生的引力效应根本不可能促使宇宙进化成现在的样子,因为宇宙的引力效应比已知粒子的引力效应要大的多。

那究竟是谁在背后拉动了另一个“引力”绳索,在没有找到这个幕后大BOSS之前,科学家便给了它一个“暗黑”的名字——暗物质。

以银河系为例,众所周知,银河系的所有星体和气体等都是因引力聚集在一起的,且围绕着星系的中心旋转。根据牛顿力学理论,恒星等物质围绕星系中心的旋转速度与星系的质量以及里星系中心的距离有关。在超出一个范围之后,这些物质离星系中心越远,旋转的速度应该就越慢。

但实际情况显然不是这样的,银河系中,在超出上述的范围后,不论这些星体距离星系中心有多远,它们的旋转速度都差不多。而根据现在科学家探测到的银河系中的星体、黑洞、气体等的质量和引力,其总合根本不可能让银河系中的星体旋转的那么快,甚至都无法聚集成一个星系。也就是说,实际星系的质量比我们想象中的要大的多!因为只有在质量足够大的情况下,才能拉住星系中所有高速旋转的星体。

因此,科学家断定,一定还存在着一种我们还未探测到的物质,它“隐身”于宇宙中的各个角落,它的力量非常的大,用一双无形的手造就了这一“诡异”的现象。通过对现有观测仪器及相关天文、物理研究,科学家推断,宇宙的密度可能有26.8%是暗物质组成,这一比例,超过了总数的四分之一!

为什么我们这么热衷于发现暗物质

那么,既然暗物质的占比这么多,为什么我们看不到它呢?

科学家给出的解释是:“暗物质”不发光、不带电荷、不与其他物质发生除引力以外的任何作用。而我们的天文探测器,都是基于电磁波技术进行太空探测的,所以,我们完全看不到暗物质,也根本不知道暗物质是由哪些东西组成的......

但显然,大多数人还是认可暗物质是确实存在的。然而,目前人类并没有可以直接观测到它的探测器,我们为什么还要这么热衷于暗物质的发现呢?

上面我们曾提到,科学家就是通过对“宇宙微波背景辐射”的探索,推断出了宇宙的年龄、能量密度和膨胀速度的。所以说,探测暗物质对于探索宇宙的起源及对基础物理学研究有着重大意义。科学界公认,揭开暗物质之谜,将是日星说、引力定律、相对论及量子力学之后的一次重大飞跃,将带来物理学的又一次革命。

怎么才能“看到”暗物质?

目前,探测暗物质的方法主要有三种,直接探测、间接探测和加速器探测。而中国,在直接探测和间接探测方面,都走在了世界前列。

据了解,直接探测方面,我国已经启动了“熊猫暗物质探测计划”,在四川锦屏山2400米的山体深处建造了重达500公斤的液态氙探测器,通过检测暗物质撞击液态氙产生的能量来感知和证明暗物质的存在。

而此次立下大功、轰动了物理学界和天文学界的“悟空”,就是通过间接探测的方式,为暗物质的存在提供了进一步的证据。

2015年12月17日,中国首颗暗物质粒子探测卫星——“悟空”在酒泉成功发射升空,用以监测暗物质粒子湮灭或衰变后所产生的高能粒子,如伽马射线等。科学家介绍说,之所以为其命名“悟空”,就是希望它能够在太空中使出“火眼金睛”的本事,发现暗物质的蛛丝马迹。

据了解,“悟空”在进入太空的第一年,就捕获了18亿个粒子,其中包括了超过2000万的高能电子。如果将宇宙比喻为一个金矿,那么“悟空”所探测到的18亿粒子中,绝大部分都是无用的普通石头,而这2000万高能电子,则很可能是含金量非常高的金矿石。

也就是说,我们只有通过这些高能电子,才有可能探测到暗物质。

目前,“悟空”的粒子识别能力是国际上同类探测器中最强的,在轨运行530天后,“悟空”共采集了约28亿颗高能宇宙射线,其中包含约150万颗25GeV以上的电子宇宙射线。

基于这些数据,科学家成功绘制出了高精度宇宙射线电子能谱,如果能谱上出现了奇特结构,就很有可能是暗物质的信号。

“悟空”首席科学家、中国科学院紫金山天文台副台长常进表示,正常的电子宇宙射线能谱变化应是一条平滑的曲线。而根据“悟空”积累的观测数据,科学家们发现,在1.4万亿电子伏特(TeV)的超高能谱段中突然出现剧烈波动,反映在图上是一个“尖峰”。

因而,我们可以推断,宇宙中存在着质量为1.4万亿电子伏左右的新物理粒子,它可能就是我们寻找了很久的暗物质。当然,也有可能是宇宙中还存在着一个更为奇特的天体,这就需要科学家继续去探索了。

最后

通过“悟空”提供的数据所绘制的电子能谱,其精度在世界范围内都是顶级的。可以说,与美国的“费米”卫星和丁肇中先生领导的“阿尔法磁谱仪”的测量结果相比,“悟空”的观测能断范围最宽、分辨率最高、能谱结构特征也最为清楚。

“悟空”的火眼金睛发现了此前从未发现的奇特现象,极大地推动了宇宙起源研究和天文物理学的探索进程。或许在未来,当暗物质谜团彻底被揭开之时,我们就会知道,真实的世界到底是什么样子的......

 

来源:镁客网  责任编辑:姬雯

(原标题:中国连夜宣布重大发现,“悟空”用火眼金睛看到了暗物质!)

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