Ngày 7 tháng 9 năm 2021, Trung tâm dữ liệu khoa học không gian quốc gia thuộc Trung tâm khoa học không gian quốc gia thuộc Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc và Đài quan sát Tử Kim Sơn thuộc Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc đã cùng nhau công bố lô dữ liệu khoa học photon gamma đầu tiên của vệ tinh phát hiện hạt vật chất tối "Wukong". Là một trong những phương tiện quan trọng giúp con người hiểu biết về vũ trụ, quan sát tia gamma trong không gian đóng vai trò tích cực trong việc nghiên cứu các vấn đề khoa học tiên tiến như nguồn gốc của vũ trụ và phát hiện vật chất tối.
Dữ liệu khoa học về photon gamma từ ngày 1 tháng 1 năm 2016 đến ngày 31 tháng 12 năm 2018 (tổng cộng 99.864 sự kiện) và các tệp trạng thái vệ tinh liên quan (tổng cộng 1.096 bản ghi) được công bố lần này có thể được lấy thông qua Trung tâm dữ liệu khoa học không gian quốc gia hoặc Đài quan sát Tử Kim Sơn thuộc Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc.
Chiếu tia gamma vào Ngộ Không
Bối cảnh dự án
Dự án tiên phong khoa học vũ trụ (Giai đoạn I) là một trong những dự án thí điểm loại A "Đổi mới sáng tạo 2020" được Hội đồng Nhà nước phê duyệt vào năm 2010. Dự án được chính thức khởi động vào ngày 11 tháng 1 năm 2011. Dự án nhằm mục đích tập trung vào các điểm nóng khoa học có lợi thế và tiềm năng lớn nhất cho những khám phá khoa học lớn, đạt được những đột phá đổi mới khoa học lớn thông qua các chương trình vệ tinh khoa học hợp tác quốc tế và độc lập, thúc đẩy sự phát triển vượt bậc của các công nghệ cao liên quan và đóng vai trò chiến lược quan trọng của khoa học vũ trụ trong sự phát triển của quốc gia. Dự án do Trung tâm Khoa học Không gian Quốc gia thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu.
Phân tích vệ tinh
Tàu thăm dò hạt vật chất tối (DAMPE, còn gọi là Wukong) đã được phóng thành công tại Trung tâm phóng vệ tinh Jiuquan vào ngày 17 tháng 12 năm 2015 với tư cách là vệ tinh đầu tiên của Dự án tiên phong khoa học không gian (Giai đoạn I). Mục tiêu khoa học chính của nó là tìm kiếm bằng chứng về sự tồn tại của các hạt vật chất tối bằng cách quan sát các electron năng lượng cao (bao gồm cả positron) và phổ năng lượng tia gamma trong không gian, và tiến hành nghiên cứu liên quan về nguồn gốc của tia vũ trụ và thiên văn học tia gamma. Sau năm năm rưỡi hoạt động ổn định, bệ phóng vệ tinh "Wukong" và tải trọng hiện đã hoạt động bình thường. Thiết bị này đã hoàn thành quét toàn bộ bầu trời hơn 11 lần, thu được khoảng 10,7 tỷ sự kiện tia vũ trụ năng lượng cao và đã thu được kết quả đo chính xác nhất trong phạm vi năng lượng trên TeV đối với các electron, proton, hạt nhân heli của tia vũ trụ, v.v., đóng góp quan trọng vào việc phát hiện gián tiếp vật chất tối và nguồn gốc của tia vũ trụ.
Tải trọng của "Wukong" bao gồm bốn máy dò phụ (máy dò mảng phát quang nhựa PSD, máy dò mảng silicon STK, máy đo nhiệt lượng BGO và máy dò neutron NUD). Trong số đó, máy dò mảng phát quang nhựa chủ yếu được sử dụng để đo điện tích của các hạt tới và để phát hiện sự trùng hợp ngẫu nhiên của tia gamma; Máy dò mảng silicon chủ yếu được sử dụng để đo hướng của các hạt tới. Nó được trang bị một tấm vonfram để chuyển đổi tia gamma thành positron và electron âm để đạt được phép đo chính xác về hướng của nó, đồng thời có thể đo điện tích của các hạt tới; Máy đo nhiệt lượng BGO chủ yếu được sử dụng để đo năng lượng của các hạt tia vũ trụ, đặc biệt là các electron năng lượng cao và tia gamma, đồng thời thực hiện nhận dạng hạt để loại bỏ nền các hạt nhân năng lượng cao (bao gồm proton và hạt nhân nặng); Máy dò neutron được sử dụng để đo các neutron thứ cấp được tạo ra bởi sự tương tác giữa các hadron trong tia vũ trụ với vật chất ở lớp trên cùng của máy dò neutron, nhằm loại bỏ thêm nền của các hạt nhân năng lượng cao.
Sơ đồ cấu trúc tải trọng "Wukong"
Ý nghĩa phát hành
Phát hiện gián tiếp các hạt vật chất tối, vật lý tia vũ trụ và thiên văn học tia gamma là ba mục tiêu khoa học chính của "Wukong", và quan sát tia gamma là một trong những phương tiện quan trọng để đạt được các mục tiêu khoa học của mình.
Vì các photon gamma không mang điện tích và không bị lệch hướng bởi từ trường trong quá trình lan truyền nên chúng có thể truyền tải thông tin tốt hơn về sự phân bố không gian của vật chất tối. Do đó, dữ liệu tia gamma có giá trị đặc biệt trong nghiên cứu phát hiện gián tiếp vật chất tối. Các quan sát tia gamma của Vệ tinh khám phá hạt vật chất tối có độ phân giải năng lượng cực cao và được kỳ vọng sẽ nghiên cứu tốt hơn các tính chất của vật chất tối.
Các quan sát sử dụng kính viễn vọng không gian tia gamma hiện có trên thế giới đã chỉ ra rằng có nhiều thiên thể và các quá trình vật lý thiên văn phong phú trong dải tia gamma đáng để nghiên cứu. Vệ tinh thăm dò hạt vật chất tối đã chứng nhận hơn 200 nguồn tia gamma ổn định (bao gồm các nhân thiên hà hoạt động, sao xung, đám mây gió sao xung và tàn dư siêu tân tinh) trong dữ liệu tia gamma trên 2 GeV, có thể được sử dụng để tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về các thành phần tia lỗ đen của nhân thiên hà hoạt động, cơ chế bức xạ xung do sao xung tạo ra và sự đóng góp của tàn dư siêu tân tinh vào quá trình tăng tốc tia vũ trụ. Dữ liệu tia gamma từ Vệ tinh khám phá hạt vật chất tối cũng sẽ cung cấp thông tin quan sát mới về cơ chế hình thành bong bóng tia gamma khổng lồ mới được vệ tinh Fermi phát hiện tại trung tâm Ngân Hà. Hy vọng việc khai thác dữ liệu tia gamma này cũng sẽ cung cấp những quan sát độc lập về các nguồn tia gamma thay đổi theo thời gian.
Giải mã dữ liệu
Dữ liệu khoa học về photon gamma chủ yếu bao gồm hai loại: tệp dữ liệu photon và tệp trạng thái vệ tinh. Tệp dữ liệu photon được thu được bằng cách chọn photon từ dữ liệu sự kiện do vệ tinh phát hiện. Tệp này chủ yếu ghi lại thông tin vật lý và thông tin GTI (khoảng thời gian tốt) của dữ liệu photon: thông tin vật lý bao gồm thời gian đến của photon, năng lượng tái tạo, hướng tái tạo, loại kích hoạt, v.v.; Thông tin GTI ghi lại thông tin thời gian của chế độ quan sát vệ tinh. Tệp trạng thái vệ tinh chủ yếu ghi lại thông tin như thời gian, vị trí, tốc độ, hướng và thời gian hiệu quả của vệ tinh. Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích dữ liệu của các nhà khoa học trên toàn thế giới, chúng tôi cũng cung cấp phần mềm phân tích dữ liệu tiên tiến tia gamma DmpST để hỗ trợ phân tích dữ liệu khoa học.
Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến nhóm cộng tác Dark Matter Particle Explorer Satellite vì những đóng góp quan trọng cho phần mềm phân tích, kiểm soát chất lượng và xử lý dữ liệu khoa học photon gamma.
Biểu đồ đếm dữ liệu khoa học photon gamma "Wukong" cả ngày
Sau đó, Trung tâm dữ liệu khoa học không gian quốc gia và Đài quan sát Tử Kim Sơn thuộc Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc sẽ tiếp tục công bố dữ liệu khoa học gamma photon, tiến hành nghiên cứu và phát triển các công nghệ và công cụ phân tích dữ liệu và ứng dụng, đồng thời cung cấp cho công chúng các dịch vụ chia sẻ và ứng dụng dữ liệu đa dạng hơn, tinh vi hơn và minh bạch hơn.
