Lo spettro di elettroni più positroni misurato da DAMPE. Credito:collaborazione DAMPE
L'esploratore di particelle di materia oscura (DAMPE, nota anche come Wukong) ha pubblicato i suoi primi risultati scientifici il 30 novembre in Natura , presentando la misurazione precisa del flusso di elettroni dei raggi cosmici, soprattutto una rottura spettrale a ~0.9 TeV. I dati potrebbero far luce sull'annientamento o sul decadimento della materia oscura delle particelle.
DAMPE è una collaborazione di più di cento scienziati, tecnici e studenti di nove istituti in Cina, Svizzera e Italia, sotto la guida del Purple Mountain Observatory (PMO) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS). La missione DAMPE è finanziata dai progetti scientifici e tecnologici prioritari strategici nella scienza spaziale del CAS.
UMIDO, Il primo satellite astronomico della Cina, è stato lanciato dal centro di lancio satellitare cinese di Jiuquan in orbita eliosincrona il 17 dicembre, 2015. Ad un'altitudine di circa 500 km, DAMPE raccoglie dati da una settimana dopo il suo lancio.
Nei suoi primi 530 giorni di attività scientifica fino all'8 giugno di quest'anno, DAMPE ha rilevato 1,5 milioni di elettroni e positroni dei raggi cosmici sopra i 25 GeV. I dati di elettroni e positroni sono caratterizzati da una risoluzione energetica senza precedenti e da una bassa contaminazione di fondo delle particelle.
La Figura 1 mostra i primi risultati pubblicati nell'intervallo di energia da 25 GeV a 4,6 TeV. I dati spettrali nell'intervallo di energia di 55 GeV-2,63 TeV preferiscono fortemente un modello a legge di potenza leggermente interrotto a un modello a legge di potenza singola.
Un confronto dello spettro di elettroni più positroni misurato da DAMPE con altre misurazioni pubblicate. Credito:collaborazione DAMPE, dalla carta Natura
DAMPE ha rilevato direttamente un'interruzione spettrale a ~0.9 TeV, con l'indice spettrale che cambia da ~3.1 a ~3.9. La misurazione precisa dello spettro di elettroni e positroni dei raggi cosmici, in particolare la declinazione del flusso alle energie TeV, restringe notevolmente lo spazio dei parametri di modelli come pulsar vicine, resti di supernova, e/o candidati per la materia oscura delle particelle che sono stati proposti per spiegare l'"anomalia del positrone" rivelata in precedenza da PAMELA e AMS-02, secondo FAN Yizhong, vice capo progettista del sistema di applicazioni scientifiche di DAMPE.
"Insieme ai dati degli esperimenti cosmici di fondo a microonde, misurazioni di raggi gamma ad alta energia, e altri telescopi astronomici, i dati DAMPE possono aiutare a chiarire in definitiva la connessione tra l'anomalia del positrone e l'annichilazione o il decadimento della materia oscura delle particelle, " ha detto FAN.
I dati suggeriscono anche la presenza di una struttura spettrale tra energie da 1 e 2 TeV, un possibile risultato di sorgenti di raggi cosmici vicine o processi fisici esotici. Ancora, sono sicuramente necessari più dati per esplorare questo fenomeno.
DAMPE ha registrato oltre 3,5 miliardi di eventi di raggi cosmici, con energie di evento massime superiori a ~100 trilioni di elettronvolt (TeV). Si prevede che DAMPE registrerà oltre 10 miliardi di eventi di raggi cosmici durante la sua vita utile, che si prevede supererà i cinque anni, dato lo stato attuale dei suoi strumenti.
Esploratore di particelle di materia oscura (DAMPE, noto anche come Wukong) Credito:National Space Science Center, Accademia cinese delle scienze
Maggiori statistiche consentiranno misurazioni più precise dello spettro di elettroni e positroni dei raggi cosmici fino a ~10 TeV. Gli scienziati saranno anche in grado di esplorare le caratteristiche spettrali potenzialmente generate dall'annichilazione/decadimento delle particelle di materia oscura o da fonti astrofisiche vicine, per esempio., pulsar.
La Figura 2 confronta i risultati degli spettri di elettroni e positroni dei raggi cosmici di DAMPE e altri esperimenti. I risultati DAMPE qui riportati dimostrano la capacità unica di DAMPE di esplorare possibili nuove fisiche e/o nuove astrofisiche nella finestra energetica TeV, grazie alla sua elevata risoluzione energetica, ampia accettazione strumentale, ampia copertura energetica, ottimo potere di separazione elettrone/protone, e lunga vita lavorativa.
Il primo risultato scientifico di DAMPE è una pietra miliare per la collaborazione internazionale. La missione continuerà a studiare i raggi cosmici galattici fino a ~10 TeV per gli elettroni/raggi gamma e centinaia di TeV per i nuclei, rispettivamente. I dati DAMPE dovrebbero rivelare nuovi fenomeni dell'universo nella finestra TeV.
