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暗物质粒子探测卫星探测器
发布时间:2017-11-30 来源: 【字号:  

  欧洲物理杂志Astroparticle Physics第九十五卷刊登了暗物质粒子探测器情况介绍。文章详细介绍了暗物质粒子探测卫星的结构、卫星在地面上的标定情况和加速器束流的测试结果。同时,利用模拟仿真对卫星在轨运行状态和计划运行周期内可能取得的科学成果进行了合理评估。

  2015年12月17日,中国科学院空间先导专项首发星——暗物质粒子探测卫星(DAMPE)在酒泉卫星发射中心成功发射入轨。暗物质粒子探测卫星作为一个天基高能粒子探测器,可以对来自宇宙太空中的高能宇宙射线和伽马射线进行高精度的测量,得到它们的能谱和空间分布信息,并借此在暗物质信号搜寻、宇宙线的传播加速以及伽马射线天文等前沿领域取得突破。

  暗物质粒子探测卫星有效载荷如图1所示,主要由塑料闪烁体探测器(PSD)、硅径迹探测器(STK)、锗酸铋电磁量能器(BGO)和中子探测器(NUD)四大子探测器组成。顶部的塑料闪烁体探测器主要用于测量得到带电粒子的电荷,并用作区分光子和带电的宇宙线粒子,因此又称为反符合探测器;硅径迹探测器可以测量入射粒子的方向和径迹,同时也可以给出电荷粒子的电荷信息;BGO量能器作为全吸收型电磁量能器,厚度约为32个辐射长度,具有很高的能量分辨率,可以精确测量入射粒子的能量,并且通过成像测量可以有效区分电磁簇射型粒子(电子、光子)和强子簇射型粒子(强子);底部的中子探测器通过探测簇射过程产生的中子提供额外的电子光子-强子鉴别能力。四个子探测器联合工作可以对不同的入射粒子进行鉴别,并测量出入射粒子的电荷、方向和能量信息,进而得到它们的能谱和空间分布信息。

  相比于其他同类空间实验,暗物质粒子探测卫星具有更高的能量分辨率和较大的有效接受度,可以对能量高至~10TeV的电子和光子进行高精度测量,对于质子、氦核及其他更重的宇宙线核素,有效测量能段可以达到几百TeV。暗物质粒子探测卫星取得的科学数据可以用于宇宙线物理、暗物质探测和高能伽马射线天文等领域的研究。基于此,暗物质粒子探测卫星主要有三大科学目标:第二,搜寻暗物质湮灭或者衰变产生的信号;第二,研究高能宇宙线在天体物理源中的加速机制和在银河系内的传播;第三,研究银河系内外的高能天体物理源的伽马射线辐射。暗物质粒子探测卫星有望成为首次给出TeV能段宇宙线精确测量结果的空间实验,为高能天体物理的观测研究开辟了一扇新的窗口。

  暗物质粒子探测卫星对伽马射线谱线探测的有效灵敏度(银河系中心点源累积3年的预期和全天区累积5年的预期)

  This paper was published in the Astroparticle Physics (2017, Volume 95, p. 6-24).

  Detailed information of the paper can be found at:https://doi.org/10.1016/j.astropartphys.2017.08.005

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