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探索神秘的暗物质


http://www.jslib.org.cn   2016-08-11 20:03:00    

 

  在浩瀚的宇宙中充满了神秘的暗物质, 这已经被暗物质的引力效应展现的宏观天文现象所证实。但暗物质除引力效应外还有其他的什么性质?我们如何探测它?有哪些方法可以用来探测暗物质?这些是目前全世界的科学家和大众关心的问题。中国科学院紫金山天文台研究员伍健做客“南图讲座”,主讲《去空间探索神秘的暗物质》。
  伍老师从为什么要引入暗物质为讲座切入点,介绍暗物质存在的证据以及如何探测暗物质。暗物质是一种因存在现有理论无法解释的现象而假想出的物质,比电子和光子还要小的物质,不带电荷,不与电子发生干扰,能够穿越电磁波和引力场,是宇宙的重要组成部分。暗物质的密度非常小,但是数量庞大,因此它的总质量很大,它们代表了宇宙中26%的物质含量,其中人类可见的只占宇宙总物质量的约4.9%。暗物质无法直接观测得到,但它能干扰星体发出的光波或引力,其存在能被明显地感受到。暗物质存在的最早证据来源于对矮椭球星系旋转速度的观测。现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、天文观测和膨胀宇宙论研究表明:宇宙的密度可能由约68.3%的暗能量,4.9%的重子物质,26.8%暗物质组成。
  同时,伍老师向听众介绍了介绍我国首颗天文卫星“悟空”的结构和功能以及一些初步的探测结果。2015年12月17日,中国科学卫星系列首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”在酒泉卫星发射基地成功发射,它的使命就是去寻找暗物质粒子存在的证据。这是中国科学家首次在太空中放置自己的高分辨高能空间望远镜。它有望深刻地变革人类的宇宙观,实现空间科学重大突破。目前,国际上对暗物质探测方式主要分为3类。第一类是在加速器上通过两束高能粒子对撞将暗物质粒子“创造”出来,如欧洲核子中心的大型强子对撞机;第二类是在地下进行的直接探测,各国有不少这样的实验项目,其中我国四川锦屏地下实验室是目前世界上最深的研究暗物质实验室;第三类是在太空进行间接探测。我国暗物质粒子探测卫星属于第三种方法。伍老师讲到,“悟空”由4个科学探测有效载荷组成,分别是塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测器,共同构成一个高能粒子探测器望远镜。4个探测器由上到下摞在一起,就像一个四层“大蛋糕”,它们各司其职,又联合执行任务,可以高精度地测量入射粒子的种类、方向、能量和电荷。进入太空后,“悟空”将在500公里太阳同步轨道上运行。它将采取两种观测模式:在头两年采用巡天观测模式,由于暗物质可能存在于全天区的任何区域,所以第一阶段对全天扫描;两年后卫星转入定向观测模式,根据全天区探测的结果分析出暗物质最可能出现的区域,并针对这些区域开展定向观测。(王斐)



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