重大突破

　　天文學家已在各種不同的觀測中表明宇宙需要一種不可見的能夠提供引力的物質，即暗物質。弱相互作用大質量粒子（WIMP）是暗物質粒子模型中的一個重要候選者，一些模型預言WIMP暗物質粒子湮滅或者衰變可以形成GeV-TeV能區的譜線。來自于天體物理過程的高能輻射與帶電的宇宙線粒子相關，因為加速和能損的過程通常不會集中于某一個能量，因此天體物理過程產生的伽馬射線輻射是一個連續譜。假若我們在伽馬射線能區發現一條線譜，那將預示著某種來自于暗物質或新物理的未知過程。正因如此，天文界積極開展線譜搜尋工作。近10年來，科學家們主要利用費米衛星觀測的銀河系中心、星系團和矮星系等多個區域的伽馬射線數據搜尋GeV-TeV的線譜，限制了暗物質的參數空間。 

　　對于線譜搜尋，探測器的能量分辨率是一個關鍵因素。高能量分辨一方面使潛在的信號更為凸顯，另一方面也會顯著降低系統誤差的影響。費米衛星雖然具有大的接受度，但是它的能量分辨率大于6%。相比之下，“悟空”號暗物質粒子探測衛星的最佳能量分辨率優于1%，居于世界領先地位，在線譜搜尋方面具有獨特的優勢。為了進一步提升線譜搜尋的靈敏度，“悟空”號合作組在分析方法上有重要創新：第一、構造了一個與線譜靈敏度相關的探測器參數，根據參數優化光子挑選策略獲得了線譜靈敏度最優的數據；第二、挑選出在量能器內轉化的光子事例，并將它們納入到數據分析中。 

圖1. “悟空”衛星對暗物質湮滅到雙光子通道的截面上限（左）和衰變到光子、中微子的衰變壽命下限（右） 

　　基于前5年的觀測數據，“悟空”號合作組在10 GeV到300 GeV的能區內進行了線譜信號搜尋，對暗物質湮滅截面的上限和衰變壽命予以了強的限制。如圖1所示，“悟空”號在接受度只有費米衛星的1/10的條件下獲得了和費米衛星相當的限制水平。在暗物質衰變情形，“悟空”號在100GeV以下能區比費米衛星強1倍左右。該結果證明了高能量分辨探測器在暗物質搜尋方面的發現潛力。 

　　該工作是“悟空”號暗物質粒子探測衛星的首個伽馬射線數據分析結果，目前在線發表于綜合類學術期刊《Science Bulletin》?！拔蚩铡碧柡献鹘M由來自三個國家超過140名科學家和工程師組成。該工作獲得了科技部重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、中國科學院的支持， 論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927321007672