La collaborazione Dark Matter Particle Explorer (DAMPE) ha riportato la misurazione precisa dello spettro energetico dei nuclei di elio dei raggi cosmici da energie da 70 GeV a 80 TeV il 18 maggio, 2021.

Per la prima volta, DAMPE rivela una struttura addolcente a circa 34 energie TeV nello spettro dell'elio con un alto significato (~4.3σ). Insieme all'energia addolcente dello spettro protonico DAMPE, i risultati sono coerenti con un'energia di rammollimento dipendente dalla carica di protoni e nuclei di elio.

L'ammorbidimento comune è probabilmente un'impronta di una vicina sorgente di raggi cosmici, per esempio., un residuo di supernova. L'energia addolcente, che è probabilmente Z-dipendente per protoni e nuclei di elio, corrisponde al limite superiore dell'accelerazione di una sorgente così vicina.

UMIDO, noto anche come "Wukong, " è un satellite spaziale dedicato alle osservazioni di raggi cosmici e gamma ad alta energia. Oltre a sondare la natura delle particelle di materia oscura, uno dei principali obiettivi scientifici di DAMPE è misurare con precisione gli spettri energetici delle particelle dei raggi cosmici.

DAMPE ha un'eccellente risoluzione energetica (per elettroni e raggi gamma), un'ottima capacità di identificazione delle particelle, e un'accettazione ragionevolmente ampia, rendendolo ben adatto per lo studio di precise strutture spettrali dei raggi cosmici.

I raggi cosmici (CR) sono particelle energetiche provenienti dallo spazio esterno. Sono per lo più costituiti da nuclei di vari elementi, insieme a piccole quantità di elettroni/posizioni, fotoni di raggi gamma, e neutrini.

Si ritiene generalmente che i raggi cosmici provengano da oggetti astrofisici estremi, per esempio. residuo di supernova (SNR), accrescimento da buco nero, ecc. Pertanto, I CR sono una sonda unica per esplorare le leggi astrofisiche in ambienti estremi. L'origine, accelerazione, e la propagazione dei CR sono questioni molto interessanti e fondamentali nella fisica e nell'astrofisica moderne, che rimangono senza risposta dopo un secolo di osservazione e ricerca.

Lo spettro energetico delle CR, che rappresenta la relazione del flusso di particelle con l'energia, dovrebbe essere una forma di legge di potenza secondo l'accelerazione d'urto canonica delle particelle. La misurazione precisa dello spettro energetico dei CR è la chiave per comprendere le questioni fondamentali della fisica dei raggi cosmici.

Protoni e nuclei di elio, sono i due componenti più abbondanti dei raggi cosmici, che rappresentano oltre il 99% dei raggi cosmici totali. L'eccellente risoluzione di carica consente a DAMPE di avere una potente capacità di identificare protoni ed elio, e misurare con precisione rispettivamente i loro spettri. La Fig. 1 mostra l'eccellente misurazione della carica di DAMPE a due energie tipiche.

Dal lancio alla fine del 2015, il rivelatore DAMPE ha funzionato in modo molto stabile in orbita per quattro anni. Progressi significativi nelle osservazioni di elettroni/posizioni dei raggi cosmici, protoni, e nuclei di elio sono stati raggiunti. Con il funzionamento continuo e la raccolta dati di DAMPE, si prevede che sempre più dati di alta qualità getteranno nuova luce sulle questioni fondamentali della fisica dei raggi cosmici.

Con i primi 30 mesi di dati in orbita, la collaborazione DAMPE ha ottenuto la misurazione precisa dello spettro energetico dei protoni dei raggi cosmici da 40 GeV a 100 TeV. Il risultato DAMPE mostra che lo spettro del protone non è compatibile con il paradigma di un'unica legge di potenza in un ampio intervallo di energia.

Specialmente, DAMPE ha recentemente scoperto un "ammorbidimento" spettrale (comportamento a goccia) a circa 14 TeV energie. L'energia di rottura dovrebbe essere il limite di accelerazione di una possibile sorgente di raggi cosmici nelle vicinanze.

Il risultato DAMPE ha notevolmente migliorato l'accuratezza della misurazione dello spettro dell'elio nell'intervallo di energia sopra TeV. Lo spettro dell'elio CR mostra una struttura TeV molto simile a quella del protone CR, che suggerisce un'origine comune di loro.