"Wukong" diese sieben Jahre

Heute ist der Satellit „Wukong“ zur Detektion dunkler Materieteilchen 7 Jahre alt! Seit seinem erfolgreichen Start im Satellitenstartzentrum Jiuquan am 17. Dezember 2015 ist „Wukong“ seit sieben Jahren stabil in Betrieb und hat damit seine erwartete Lebensdauer weit überschritten. Derzeit sind alle Melderanzeigen noch in einem einwandfreien Zustand.

Bis zum 17. Dezember 2022 befand sich „Wukong“ 2.557 Tage lang stabil in der Umlaufbahn, hat 38.952 Erdumrundungen absolviert, 14 Vollhimmelsscans durchgeführt, insgesamt 13 Milliarden hochenergetische Teilchen erfasst und durchschnittlich etwa 5 Millionen hochenergetische Teilchen pro Tag aufgezeichnet. Insgesamt wurden 216 TB erweiterte Datenprodukte (Level 2A) generiert.

Mit seiner hohen Energieauflösung und großen Akzeptanz verfügt Wukong über einzigartige Vorteile bei der direkten Erfassung des Energiespektrums der kosmischen Strahlung. Während seiner siebenjährigen Betriebszeit erzielte „Wukong“ sieben wichtige wissenschaftliche Ergebnisse. Es wurden präzise Messungen der Energiespektren von Elektronen, Protonen und Heliumkernen der kosmischen Strahlung sowie der Verhältnisse von Bor zu Kohlenstoff und Bor zu Sauerstoff durchgeführt, eine Reihe von Energiespektrumstrukturen entdeckt und international führende Ergebnisse bei der Suche nach monoenergetischen Gammastrahlenlinienspektren und Teilladungen erzielt.

1Entdeckte die TeV-Beugung im Elektronenenergiespektrum

Vergleich des Elektron-Positron-Energiespektrums von Wukong (rote Punkte) und anderer experimenteller Ergebnisse. Bildquelle: Wukong-Kollaborationsteam (2017, Nature, 552, 63)

Es wurden genaue Messergebnisse der Energiespektrumstruktur von Positronen und Elektronen im Energiebereich von 25 GeV bis 4,6 TeV erzielt und erstmals die Wendestruktur des Energiespektrums bei 0,9 TeV mit hoher Zuverlässigkeit entdeckt. Dies liefert wichtige Beobachtungsdaten für das Verständnis des Ursprungs von Positronen und Elektronen in der kosmischen Strahlung und für die Einschränkung der Parameter von Modellen der dunklen Materie. Diese Errungenschaft wurde 2018 zu einem der zehn größten wissenschaftlichen Fortschritte Chinas gewählt.

2 Entdeckung der 14 TeV-Beugung im Protonenenergiespektrum

Vergleich des Protonenenergiespektrums von Wukong (rote Punkte) und anderer experimenteller Ergebnisse. Bildquelle: Wukong-Kollaborationsteam (2019, Science Advances, 5, eaax3793)

Eine genaue Messung des Energiespektrums der kosmischen Strahlungsprotonen im Energiebereich von 40 GeV bis 100 TeV zeigt mit hoher Sicherheit, dass das Energiespektrum der Protonen bei 14 TeV weicher wird. Dies könnte auf eine Markierung einer nahegelegenen Beschleunigungsquelle für kosmische Strahlung zurückzuführen sein. Diese Errungenschaft wurde 2019 zu einem der zehn größten astronomischen wissenschaftlichen und technologischen Fortschritte Chinas gewählt.

3. Entdeckung der 34 TeV-Beugung im Helium-Kernenergiespektrum

Vergleich des Helium-Kernenergiespektrums von Wukong (rote Punkte) und anderer experimenteller Ergebnisse. Bildquelle: Wukong-Kollaborationsteam (2021, Physical Review Letters, 126, 201102)

Das Helium-Kernenergiespektrum der kosmischen Strahlung im Energiebereich von 70 GeV bis 80 TeV wurde genau gemessen. Dabei wurde mit hoher Sicherheit das Abschwächungsverhalten des Helium-Kernenergiespektrums bei 34 TeV festgestellt. Die Strukturen des Helium-Kernenergiespektrums und des Protonenenergiespektrums weisen einen hohen Grad an Ähnlichkeit auf, was darauf hindeutet, dass sie einen gemeinsamen physikalischen Ursprung haben.

4. Aufdeckung neuer Merkmale der Erholungszeit nach einem e-Forbes-Rückgang

Vergleich der Veränderung des positiven und negativen Elektronenflusses von Wukong im Laufe der Zeit (grüne Punkte) und der Ergebnisse des No-Trigger-Ereignisses von Wukong (rosa Linie) und der bodengestützten Neutronenmonitore (blaue Linie). Bildquelle: Wukong-Kollaborationsteam (2021, The Astrophysical Journal Letters, 920, L43)

Wukong beobachtete das Forbes-Abnahmeverhalten des Positronen- und Elektronenflusses, das durch einen gewaltigen koronalen Massenauswurf im September 2017 verursacht wurde, und maß genau die Beziehung zwischen der Erholungszeit nach der Flussabnahme und der Energieänderung. Dabei kamen neue Eigenschaften zum Vorschein, die nicht ganz mit den traditionellen theoretischen Erwartungen übereinstimmen, und es wurden neue Daten zum Verständnis des Transportprozesses kosmischer Strahlung innerhalb des Sonnensystems und seiner Beziehung zur Sonnenaktivität bereitgestellt.

5 Erhalten Sie die empfindlichsten Detektionsergebnisse des Gammastrahlen-Linienspektrums

Die Wukong-Sonde schloss die Zerfallslebensdauer der Dunklen Materie (Schatten) aus, die das monoenergetische Gammastrahlenlinienspektrum erzeugt. Bildquelle: Wukong-Kollaborationsteam (2022, Science Bulletin, 67, 679)

Mit seiner sehr hohen Energieauflösung (~1 %) führte Wukong eine hochempfindliche Suche nach Gammastrahlen-Linienspektrumstrahlung durch und legte strenge Beschränkungen für Modelle der Vernichtung oder des Zerfalls dunkler Materie fest, die monoenergetische Gammastrahlen-Linienspektren erzeugen. Die Einschränkungen der Parameter des Annihilationsmodells sind mit den Ergebnissen von Fermi-LAT vergleichbar, während die Einschränkungen der Parameter des Zerfallsmodells besser sind als die Ergebnisse von Fermi-LAT und das beste internationale Niveau erreichen.

6. Bestimmen Sie die Beugung des Energiespektrums der Bor-Kohlenstoff- und Bor-Sauerstoff-Verhältnisse

Vergleich des Bor-Kohlenstoff-Verhältnisses der kosmischen Strahlung von Wukong (rote Punkte) und anderer experimenteller Ergebnisse. Die blaue gestrichelte Linie stellt die traditionelle Modellerwartung dar. Bildquelle: Wukong-Kollaborationsteam (2022, Science Bulletin, 67, 2162)

Die Energiespektren des Bor-Kohlenstoff-Verhältnisses und des Bor-Sauerstoff-Verhältnisses im Energiebereich von 10 GeV/n bis 5,6 TeV/n wurden genau gemessen. Dabei zeigte sich ein signifikantes Wendeverhalten der beiden bei 100 GeV/n. Dies bedeutet, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der kosmischen Strahlung im Hochenergieband langsamer ist als erwartet, was eine Herausforderung für das traditionelle Ausbreitungsmodell der kosmischen Strahlung darstellt.

7 Erzielte die empfindlichsten Ergebnisse bei der Detektion fraktional geladener Teilchen im Weltraum

Die von Wukong für 2/3e-Partikel festgelegte Durchflussgrenze (roter Punkt) wird mit anderen experimentellen Ergebnissen verglichen. Das linke Bild zeigt die Ergebnisse von Bodenexperimenten und das rechte Bild die Ergebnisse von Weltraumexperimenten. Bildquelle: Wukong-Kollaborationsteam (2022, Physical Review D, 106, 063026)

Die Raumsonde Wukong führte eine hochempfindliche Suche nach möglicherweise im Weltraum vorhandenen teilgeladenen Teilchen durch und legte strenge Beschränkungen für die Flussrate teilgeladener Teilchen mit einer absoluten Ladung von zwei Dritteln der Ladung eines Elektrons fest. Die Obergrenze liegt zwei bis drei Größenordnungen unter den Ergebnissen früherer Weltraumexperimente.

„Wukong“ wird weiterhin seine Fähigkeiten im Weltraum unter Beweis stellen und dem Gesamtbild der chinesischen Weltraumforschung neue Facetten verleihen.

Rotierender Chefredakteur: Zhang Shuinai

Herausgeber: Wang Kechao