Fig. 1 Las medidas de carga de DAMPE:500 GeV (izquierda) y 5 TeV (derecha). Crédito:DAMPE
La colaboración Dark Matter Particle Explorer (DAMPE) informó la medición precisa del espectro de energía de los núcleos de helio de rayos cósmicos de energías de 70 GeV a 80 TeV el 18 de mayo, 2021.
Por primera vez, DAMPE revela una estructura de ablandamiento a aproximadamente 34 TeV de energía en el espectro de helio con un alto significado (~ 4,3σ). Junto con la energía de ablandamiento del espectro de protones DAMPE, los resultados son consistentes con una energía de ablandamiento dependiente de la carga de protones y núcleos de helio.
El ablandamiento común es probablemente una huella de una fuente de rayos cósmicos cercana, p.ej., un remanente de supernova. La energía suavizante que es probablemente Z-dependiente de protones y núcleos de helio, corresponde al límite superior de aceleración de una fuente cercana.
DAMPE, también conocido como "Wukong, "es un satélite espacial dedicado a las observaciones de rayos cósmicos y rayos gamma de alta energía. Además de investigar la naturaleza de las partículas de materia oscura, Uno de los principales objetivos científicos de DAMPE es medir con precisión los espectros de energía de las partículas de rayos cósmicos.
DAMPE tiene una excelente resolución energética (para electrones y rayos gamma), una muy buena capacidad de identificación de partículas, y una aceptación razonablemente grande, haciéndolo muy adecuado para el estudio de estructuras espectrales precisas de rayos cósmicos.
Los rayos cósmicos (CR) son partículas energéticas que provienen del espacio exterior. En su mayoría están formados por núcleos de varios elementos, junto con pequeñas cantidades de electrones / posiciones, fotones de rayos gamma, y neutrinos.
Fig. 2 El espectro de protones DAMPE de 40 GeV a 100 TeV (izquierda) y el espectro de helio DAMPE de 70GeV a 80 TeV (derecha). Crédito:DAMPE
Generalmente se cree que los rayos cósmicos se originan en objetos astrofísicos extremos, p.ej. remanente de supernova (SNR), acreción por agujero negro, etc. Por lo tanto, Los CR son una sonda única para explorar las leyes astrofísicas en entornos extremos. El origen, aceleración, y la propagación de CR son cuestiones muy interesantes y fundamentales en la física y la astrofísica modernas, que quedan sin respuesta después de una observación e investigación de un siglo.
El espectro energético de los CR, que representa la relación entre el flujo de partículas y la energía, se espera que sea una forma de ley de potencia de acuerdo con la aceleración canónica de choque de las partículas. La medición precisa del espectro de energía de los CR es la clave para comprender esas cuestiones fundamentales de la física de los rayos cósmicos.
Protones y núcleos de helio, son los dos componentes más abundantes de los rayos cósmicos, que representan más del 99% del total de rayos cósmicos. La excelente resolución de carga permite que DAMPE tenga una poderosa capacidad para identificar protones y helio, y medir con precisión sus espectros respectivamente. La Fig. 1 muestra la excelente medición de carga de DAMPE a dos energías típicas.
Desde el lanzamiento a finales de 2015, el detector DAMPE ha estado funcionando de manera muy estable en órbita durante cuatro años. Progresos significativos en las observaciones de electrones / posiciones de rayos cósmicos, protones, y se han conseguido núcleos de helio. Con el funcionamiento continuo y la recopilación de datos de DAMPE, Se espera que cada vez más datos de alta calidad arrojen nueva luz sobre las cuestiones fundamentales sobre la física de los rayos cósmicos.
Con los primeros 30 meses de datos en órbita, La colaboración DAMPE obtuvo la medición precisa del espectro energético de los protones de rayos cósmicos desde energías de 40 GeV a 100 TeV. El resultado de DAMPE muestra que el espectro de protones no es compatible con el paradigma de una ley de potencia única en un amplio rango de energía.
Especialmente, DAMPE descubrió recientemente un "ablandamiento" espectral (comportamiento de caída) a energías de aproximadamente 14 TeV. Se espera que la energía de ruptura sea el límite de aceleración de una posible fuente de rayos cósmicos cercana.
El resultado de DAMPE ha mejorado significativamente la precisión de la medición del espectro de helio en el rango de energía por encima de TeV. El espectro del helio CR muestra una estructura TeV muy similar a la del protón CR, lo que sugiere un origen común de ellos.
