Китайская космическая обсерватория «нащупала» края позитрон-электронного провала

Китайская космическая астрофизическая обсерватория DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) получила энергетический спектр высокоэнергетических электронов и позитронов космических лучей с высоким разрешением и малым уровнем шума и подтвердила существование «провала» в спектре в диапазоне энергий выше 1 тераэлектронвольта. Новые данные могут помочь в поиске следов темной материи. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Космические лучи привлекают внимание ученых уже по меньшей мере 100 лет. Они представляют собой ядра атомов и элементарные частицы, которые движутся в космическом пространстве. Их состав и распределение частиц по энергиям могут дать бесценную информацию об устройстве Вселенной. Особенно интересно присутствие в них частиц антивещества — позитронов. Они могут возникать при столкновении первичных космических лучей с межзвездным веществом или рождаться вблизи компактных астрофизических объектов, например пульсаров, которые работают как ускорители частиц. По мнению некоторых исследователей, они могут возникать при распаде или аннигиляции частиц темной материи, однако пока происхождение космических позитронов остается загадкой. Ранее детектор AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) на борту Международной космической станции получил спектры электронов и позитронов космических лучей до энергий в сотни гигаэлектронвольт, но спектр в области высоких энергий моделировался только теоретически.

Цзинь Чан (Jin Chang) и его коллеги из коллаборации DAMPE провели прямые измерения спектра электронов и позитронов космических лучей в космосе вплоть до энергий в несколько тераэлектронвольт с помощью одноименного космического аппарата (известного также как «Укун»), запущенного в декабре 2015 года. Им удалось снять спектр электронов и позитронов в диапазоне от 25 ГэВ до 4,6 ТэВ с очень высоким разрешением по энергии и малым уровнем фона. Наблюдения проводились в период с 27 декабря 2015 года по 8 июня 2017 года. В области 0,9 ТэВ на спектре наблюдается «провал» в количестве зарегистрированных электронов и позитронов, что подтверждает данные проведенных ранее (раз и два) косвенных измерений наземной обсерватории H.E.S.S.

Миссия DAMPE, изначально рассчитанная на три года работы в космосе, в дальнейшем может быть продлена, учитывая работоспособность всех систем. Исследователи хотят получить более точные данные и регистрировать частицы с энергиями до 10 ТэВ, чтобы выявить аномалии в спектре, например краевые особенности, которые позволят проверить параметры моделей, описывающих появление позитронов при аннигиляции или распаде частиц темной материи или работе природных ускорителей частиц, таких как остатки сверхновых или пульсары.

Ранее мы рассказывали о том, как космические лучи «омолодили» ледяной щит Гренландии и как астрофизики нашли неоднородность в направлении прилета высокоэнергетических космических лучей.

Александр Войтюк