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探秘宇宙“神秘幽灵”

曾经有这样一段话来形容暗物质:科学家们深信,有一种神秘的物质,它们就像幽灵一样弥漫在我们每个人周围,它可以轻易穿过每个人的身体而又不被人察觉。

现代天文学通过引力透镜、宇宙中大尺度结构形成、宇宙膨胀行为的研究表明,宇宙的密度由约4.9%的普通物质,26.8%暗物质和68.3%的暗能量组成。也就是说,我们能看到的普通物质在整个宇宙中只占不到5%。剩下95.1%的宇宙组分,我们都看不见。

这里所说的“看不见”,不单单是说用我们的肉眼在可见光波段看不见,而是说不论探测什么波段的电磁波,比如无线电、红外线、紫外线、X射线等,都看不到它。也就是说,暗物质几乎不发出任何波段的电磁辐射。

那么,暗物质又是怎么引起科学家的关注的呢?20世纪30年代初,美国加州理工学院的天体物理学家兹威基第一个发现,宇宙中可见物质远远不足以把宇宙连成一片,如果不是存在一种神秘而不可见的物质,星系早就分崩离析。科学家把这种看不见的神秘物质称为“暗物质”。到了20世纪70年代,多种天文观测,比如盘星系的旋转曲线、星系团X射线观测、引力透镜等都显示了暗物质的存在。由于人类对此知之甚少,揭开暗物质之谜,被认为是继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论、量子力学之后,人类认识自然规律的又一次重大飞跃。

与此同时,全世界的科学家都在不遗余力地寻找暗物质、暗能量及其隐藏的巨大科学宝藏。

2015年12月17日8时12分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空。“悟空”本质上是一个宇宙线探测器,作为我国空间科学卫星系列的首发星,“悟空”最主要的科学目标就是通过高分辨观测宇宙射线电子和伽马射线来探测暗物质粒子。

据“悟空”卫星首席科学家、中科院紫金山天文台研究员常进介绍,“悟空”是基于暗物质粒子湮灭或衰变的假设而工作的。暗物质粒子的湮灭或衰变可以产生各种正、反粒子,这些粒子在太空中传播就成了宇宙射线和伽马射线的一部分。“悟空”便通过收集高能宇宙射线粒子和伽马射线光子,并分析其能谱和空间分布来寻找暗物质粒子存在的证据。迄今为止,“悟空”已经全天区扫描4次,探测到超过35亿高能粒子,实现了世界上电子宇宙射线最精确的测量。

近日,又传来一则振奋人心的消息:国际权威学术期刊《自然》于北京时间11月30日在线发布,暗物质粒子探测卫星“悟空”在太空中测量到电子宇宙射线的一处异常波动。这一神秘讯号首次为人类所观测,意味着中国科学家取得了一项开创性发现。

据介绍,“悟空”在1.4万亿电子伏特(TeV)的超高能谱段,“定位”了一束明显异于常态的电子宇宙射线。这是否就是科学家苦苦追寻的暗物质踪迹呢?尽管目前尚无法做出断定,但这一疑似暗物质的踪迹,是近年来科学家离暗物质最近的一次重大发现,也将打开人类观测宇宙的一扇新窗口。

对科学的追求,是人类社会不断进步的主要动力。但正因为对未知充满好奇,一代代科学家将不遗余力继续探索,让不可能变为可能,让未来更加触手可及。

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