“悟空”火眼金睛 宇宙幽靈快現(xiàn)形了嗎

?宇宙中的“悟空”?每天都奔跑在500公里高的太陽同步軌道上，忙忙碌碌。??這是中國科學(xué)家首次在太空中放置自己的高分辨率高能空間望遠(yuǎn)鏡。

中國首顆暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”，用“火眼金睛”幫助科學(xué)家尋找披著“隱身衣”的神秘莫測的暗物質(zhì)。

科學(xué)家將宇宙比喻成一個由三部分組成的大餅，構(gòu)成日、月、星辰、生命以及一切人類所認(rèn)知的普通物質(zhì)只占宇宙的大約5%，宇宙的95%以上是人類還沒弄清楚的暗物質(zhì)（26.8%）和暗能量（68.3%）。宇宙的絕大部分對人類來說是隱藏和最難了解的。

天體物理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在浩瀚的宇宙空間里，我們能夠觀測到的發(fā)光星體（包括發(fā)射X射線、γ射線的星體）的質(zhì)量僅僅只是宇宙空間里物質(zhì)總質(zhì)量的一小部分。還有很大一部分質(zhì)量則來自至今我們還沒有弄清楚的東西。這種視而不見又確實存在的東西，我們稱它為“暗物質(zhì)”。

每時每刻，都有無數(shù)暗物質(zhì)粒子穿過人體，人體卻完全沒有感覺，那么科學(xué)家怎么知道宇宙中存在暗物質(zhì)？

20世紀(jì)30年代，一位脾氣古怪、卻有著敏銳洞察力的瑞士天體物理學(xué)家茲威基發(fā)現(xiàn)，后發(fā)座星系團(tuán)有些奇異之處：盡管其中的星系看似以引力作用相互束縛，但從它們很高的運動速度來看，星系團(tuán)將不可避免地分崩離析。然而后發(fā)座星系團(tuán)并未瓦解。茲威基提出，后發(fā)座星系團(tuán)中存在大量不可見的神秘物質(zhì)。然而當(dāng)時茲威基有關(guān)暗物質(zhì)的推論沒有引起注意。

到了20世紀(jì)70年代，美國天文學(xué)家薇拉·魯賓對漩渦星系的詳細(xì)觀測發(fā)現(xiàn)，距離星系中心很遠(yuǎn)地方的恒星與靠近星系中心的恒星旋轉(zhuǎn)速度一樣快，這意味著星系中包含了更多的物質(zhì)，這些沒有被直接看到而只是通過引力效應(yīng)表現(xiàn)出來的物質(zhì)就是暗物質(zhì)。

此后，科學(xué)家對星系、星系團(tuán)、引力透鏡效應(yīng)、宇宙微波背景輻射等觀測獲得的一系列天文證據(jù)，逐漸讓人們認(rèn)識到暗物質(zhì)確實是存在的。

暗物質(zhì)如此神秘，它們不發(fā)光、不發(fā)出電磁波、不參與電磁相互作用，無法用任何光學(xué)或電磁觀測設(shè)備直接“看”到。那么，科學(xué)家怎樣探測暗物質(zhì)？世界范圍內(nèi)大致有三種方法：

第一種：直接探測暗物質(zhì)粒子與普通原子核碰撞所產(chǎn)生的信號。由于這種碰撞概率很小，產(chǎn)生的信號非常微弱，為了屏蔽宇宙射線等干擾，這種實驗通常要把探測器放置在很深的地下。目前，各國有不少這樣的實驗。其中，中國四川錦屏的地下實驗室是目前世界上最深的暗物質(zhì)實驗室。

第二種：用對撞機(jī)將兩束高能粒子對撞，也就是說在加速器上將暗物質(zhì)粒子“創(chuàng)造”出來。雖然暗物質(zhì)粒子不能被直接觀察到，但它一定會帶走能量，因此從丟失的能量和分布可以推測暗物質(zhì)的某些性質(zhì)。歐洲核子中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)就在做這種嘗試。

第三種：尋找暗物質(zhì)粒子相互碰撞湮滅后產(chǎn)生的“二手”粒子。暗物質(zhì)粒子碰撞湮滅后會產(chǎn)生人類認(rèn)識的普通物質(zhì)粒子，如電子、伽馬光子等。如果科學(xué)家能夠精確測量這些粒子的能譜，可能會發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)留下的蛛絲馬跡，間接研究暗物質(zhì)。

國際空間站上2011年放置的諾貝爾獎獲得者丁肇中研制的阿爾法磁譜儀2號、2015年放置的日本量能器電子望遠(yuǎn)鏡，以及中國2015年年底發(fā)射的暗物質(zhì)衛(wèi)星“悟空”等，都屬于第三種探測暗物質(zhì)方法。

暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院紫金山天文臺副臺長常進(jìn)說，這三種方法互為補(bǔ)充，互相驗證?！叭绻覀冊谔焐险业揭环N暗物質(zhì)粒子，把暗物質(zhì)的質(zhì)量弄清楚了，加速器實驗和地下實驗也會更加明確。”

但是，科學(xué)家不知道暗物質(zhì)粒子的質(zhì)量，不知道暗物質(zhì)粒子和外界是否存在非引力作用，更不知道它是如何在宇宙極早期形成的。

還有的理論家猜測暗物質(zhì)存在于另一個膜中。根據(jù)弦理論，它位于更大的10維宇宙中，也許存在不止一種暗物質(zhì)粒子。

暗物質(zhì)和暗能量被視為現(xiàn)代物理學(xué)和天文學(xué)的“兩朵烏云”，目前世界各國都在集中人力、物力和財力研究這一問題。揭開暗物質(zhì)之謎將是繼日心說、萬有引力定律、相對論及量子力學(xué)之后的又一次重大飛躍，引起物理學(xué)的又一次革命。

明確這種神秘物質(zhì)的性質(zhì)成為現(xiàn)代物理學(xué)界最長時間沒有找到答案的問題。物理學(xué)家已經(jīng)等待了數(shù)十年，通過一系列實驗和觀測，或許距離破解暗物質(zhì)這個宇宙謎團(tuán)只有一步之遙了。每天清晨和傍晚，“悟空”都會路過中國上空。位于密云、喀什、三亞的三個數(shù)據(jù)接收站，每天接收它回傳的約16G數(shù)據(jù)。而常進(jìn)帶領(lǐng)的團(tuán)隊就是要從日積月累的海量數(shù)據(jù)中分析出有價值的科學(xué)成果。

而在一年多前，常進(jìn)團(tuán)隊就已向世界展示出首批成果：精確測量太空中的電子宇宙射線能譜。該成果于2017年12月7日在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

“悟空”設(shè)計壽命為3年，目前已經(jīng)到期，但它看起來依舊“年富力強(qiáng)”?！敖?jīng)過評估，我們認(rèn)為‘悟空’還可以繼續(xù)在太空服役，現(xiàn)在已經(jīng)被批準(zhǔn)延長兩年工作時間?！敝锌圃鹤辖鹕教煳呐_研究員袁強(qiáng)說道。

來源| 綜合新華社、科普中國、科技日報