The Dark Matter Particle Explorer (DAMPE, även känd som Wukong-missionen publicerade sina första vetenskapliga resultat den 30 november Natur , presenterar den exakta mätningen av kosmisk strålelektronflöde, speciellt ett spektralbrott vid ~0,9 TeV. Uppgifterna kan kasta ljus över förintelsen eller sönderfallet av partikelmörk materia.

DAMPE är ett samarbete mellan mer än hundra forskare, tekniker och studenter vid nio institut i Kina, Schweiz och Italien, under ledning av Purple Mountain Observatory (PMO) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS). DAMPE-uppdraget finansieras av CAS:s strategiskt prioriterade vetenskaps- och teknikprojekt inom rymdvetenskap.

DAMPE, Kinas första astronomiska satellit, lanserades från Kinas Jiuquan Satellite Launch Center till solsynkron bana den 17 december, 2015. På en höjd av cirka 500 km, DAMPE har samlat in data sedan en vecka efter lanseringen.

Under sina första 530 dagar av vetenskaplig verksamhet fram till den 8 juni i år, DAMPE har upptäckt 1,5 miljoner kosmiska strålelektroner och positroner över 25 GeV. Elektron- och positrondata kännetecknas av oöverträffad hög energiupplösning och låg partikelbakgrundskontamination.

Figur 1 visar de första publicerade resultaten i energiområdet från 25 GeV till 4,6 TeV. Spektraldata i energiområdet 55 GeV-2,63 TeV föredrar starkt en smidigt bruten effektlagsmodell framför en enkel effektlagsmodell.

DAMPE har direkt detekterat ett spektralbrott vid ~0,9 TeV, med spektralindex som ändras från ~3,1 till ~3,9. Den exakta mätningen av den kosmiska strålens elektron- och positronspektrum, i synnerhet flödesminskningen vid TeV-energier, minskar avsevärt parameterutrymmet för modeller som närliggande pulsarer, supernovarester, och/eller kandidater för partikelmörk materia som föreslogs för att förklara "positronanomalin" som tidigare avslöjats av PAMELA och AMS-02, enligt FAN Yizhong, biträdande chefsdesigner för DAMPE:s vetenskapliga ansökningssystem.

"Tillsammans med data från de kosmiska mikrovågsbakgrundsexperimenten, gammastrålningsmätningar med hög energi, och andra astronomiska teleskop, DAMPE-data kan hjälpa till att i slutändan klargöra sambandet mellan positronanomalin och förintelsen eller sönderfallet av partikelmörk materia, sa FAN.

Data antyder också närvaron av spektral struktur mellan 1 och 2 TeV-energier - ett möjligt resultat av närliggande kosmiska strålkällor eller exotiska fysiska processer. Än, mer data krävs definitivt för att utforska detta fenomen.

DAMPE har registrerat över 3,5 miljarder kosmiska strålar, med maximala händelseenergier som överstiger ~100 biljoner elektronvolt (TeV). DAMPE förväntas registrera mer än 10 miljarder kosmiska strålhändelser under sin livslängd – beräknad att överstiga fem år givet instrumentens nuvarande tillstånd.

Mer statistik kommer att möjliggöra mer exakt mätning av den kosmiska strålens elektron- och positronspektrum upp till ~10 TeV. Forskare kommer också att kunna utforska spektrala egenskaper som potentiellt genereras av förintelse av mörk materia partiklar eller närliggande astrofysiska källor, t.ex., pulsarer.

Figur 2 jämför resultaten av elektron- och positronspektra från kosmisk strålning från DAMPE och andra experiment. DAMPE-resultaten som rapporteras här visar DAMPEs unika förmåga att utforska möjlig ny fysik och/eller ny astrofysik i TeV-energifönstret, tack vare sin höga energiupplösning, stor instrumentell acceptans, bred energitäckning, utmärkt elektron/protonseparationsförmåga, och ett långt arbetsliv.

DAMPE:s första vetenskapliga resultat är en milstolpe för det internationella samarbetet. Uppdraget kommer att fortsätta att studera galaktiska kosmiska strålar upp till ~10 TeV för elektroner/gammastrålar och hundratals TeV för kärnor, respektive. DAMPE-data förväntas avslöja nya fenomen i universum i TeV-fönstret.