「悟空」この7年間

今日、暗黒物質粒子検出衛星「悟空」は誕生から7周年を迎えました！ 「悟空」は2015年12月17日に酒泉衛星発射センターで打ち上げに成功して以来、予想寿命をはるかに超えて7年間安定して稼働している。現在、すべての検出器インジケーターは良好な動作状態にあります。

2022年12月17日現在、「悟空」は軌道上で2,557日間安定して運用されており、地球を38,952周し、全天スキャンを14回完了し、合計130億個の高エネルギー粒子を検出し、1日平均約500万個の高エネルギー粒子を記録しています。合計 216TB の高度なデータ製品 (レベル 2A) が生成されました。

Wukong は、高いエネルギー分解能と広い受容度を備えており、宇宙線エネルギースペクトルの直接検出において独自の利点を持っています。 「悟空」は7年間の運用期間中に7つの重要な科学的成果を達成しました。宇宙線電子、陽子、ヘリウム原子核のエネルギースペクトル、ホウ素と炭素、ホウ素と酸素の比率を精密に測定し、一連のエネルギースペクトル構造を発見し、単一エネルギーガンマ線線スペクトルと分数電荷の探索において国際的に先導的な成果を達成しました。

1電子エネルギースペクトルにおけるTeVの変曲点を発見

悟空の電子-陽電子エネルギースペクトル（赤い点）とその他の実験結果の比較。画像出典: Wukong 共同研究チーム (2017、Nature、552、63)

25 GeV - 4.6 TeVのエネルギー範囲における陽電子と電子のエネルギースペクトル構造の正確な測定結果が得られ、0.9 TeVにおけるエネルギースペクトルの変曲構造を高い信頼性で初めて発見し、宇宙線陽電子と電子の起源を理解し、暗黒物質モデルのパラメータを制限するための重要な観測データを提供しました。この成果は、2018年の中国におけるトップ10の科学的進歩の1つに選ばれました。

2陽子エネルギースペクトルにおける14TeVの変曲点の発見

悟空の陽子エネルギースペクトル（赤い点）と他の実験結果の比較。画像出典: Wukong コラボレーション チーム (2019、Science Advances、5、eaax3793)

40 GeV - 100 TeV のエネルギー範囲における宇宙線陽子エネルギー スペクトルの正確な測定により、陽子エネルギー スペクトルが 14 TeV で弱くなることが高い確度で明らかになりました。これは、近くの宇宙線加速源によって残された痕跡である可能性があります。この成果は、2019年の中国における天文学の科学技術の進歩トップ10に選ばれました。

3.ヘリウム核エネルギースペクトルにおける34TeVの変曲点の発見

悟空のヘリウム核エネルギースペクトル（赤い点）と他の実験結果の比較。画像出典: Wukong 共同チーム (2021、Physical Review Letters、126、201102)

70 GeV - 80 TeV のエネルギー範囲における宇宙線ヘリウム核エネルギースペクトルが正確に測定され、34 TeV におけるヘリウム核エネルギースペクトルの軟化屈曲挙動が高い信頼性で明らかになりました。ヘリウムの核エネルギースペクトルと陽子のエネルギースペクトルの構造は高い類似性を示しており、共通の物理的起源を持っていることを示しています。

4. e-Forbesの衰退回復期間の新たな特徴を明らかにする

時間の経過に伴う Wukong の正および負の電子流の変化 (緑の点) と、Wukong の非トリガー イベント (ピンクの線) および地上のニュートロン モニター (青の線) の結果の比較。画像出典: Wukong コラボレーション チーム (2021、The Astrophysical Journal Letters、920、L43)

悟空は、2017年9月の巨大なコロナ質量放出イベントによって引き起こされた陽電子と電子のフラックスのフォーブス減少挙動を観測し、フラックス減少後の回復時間とエネルギー変化の関係を正確に測定しました。これにより、従来の理論的予測と完全には一致しない新しい特性が明らかになり、太陽系内の宇宙線の輸送プロセスと太陽活動との関係を理解するための新しいデータを提供しました。

5ガンマ線スペクトルの最も感度の高い検出結果を得る

悟空探査機は、単一エネルギーガンマ線スペクトルを生成する暗黒物質の崩壊寿命（影）を除外しました。画像出典: Wukong 共同研究チーム (2022、Science Bulletin、67、679)

Wukong は、非常に高いエネルギー分解能 (約 1%) により、ガンマ線線スペクトル放射の非常に高感度な探索を実施し、単一エネルギーのガンマ線線スペクトルを生成する暗黒物質の消滅または崩壊のモデルに厳しい制限を課しました。消滅モデルパラメータの制限は Fermi-LAT の結果に匹敵しますが、崩壊モデルパラメータの制限は Fermi-LAT の結果よりも優れており、国際的に最高レベルに達しています。

6.ホウ素-炭素およびホウ素-酸素比エネルギースペクトルの屈折を発見

悟空宇宙線のホウ素炭素比（赤い点）とその他の実験結果の比較。青い破線は従来のモデルの期待値です。画像出典: Wukong 共同チーム (2022、Science Bulletin、67、2162)

10 GeV/n - 5.6 TeV/nのエネルギー範囲におけるホウ素-炭素比とホウ素-酸素比のエネルギースペクトルが正確に測定され、100 GeV/nで両者の顕著な変化が明らかになりました。これは、高エネルギー帯での宇宙線の伝播速度が予想よりも遅いことを意味し、従来の宇宙線伝播モデルに課題を提起しています。

7宇宙空間における分数荷電粒子の最も高感度な検出結果を得た

Wukong が 2/3e 粒子に対して設定した流量制限 (赤い点) を他の実験結果と比較します。左の写真は地上実験の結果、右の写真は宇宙実験の結果を示しています。画像出典: Wukong コラボレーション チーム (2022、Physical Review D、106、063026)

悟空宇宙船は、宇宙空間に存在する可能性のある分数荷電粒子を高感度で探査し、絶対電荷が電子の電荷の2/3である分数荷電粒子の流量に厳しい制限を課しました。上限値はこれまでの宇宙実験の結果よりも2～3桁低い。

「悟空」は今後も宇宙でその能力を発揮し、中国の宇宙科学の壮大な絵に新たな彩りを添えるだろう。

輪番編集長: 張水内

編集者：王克超