Die wissenschaftlichen Gammaphotonendaten des Dunkle-Materie-Partikelerkennungssatelliten „Wukong“ werden offiziell veröffentlicht

Am 7. September 2021 veröffentlichten das National Space Science Data Center des National Space Science Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und das Purple Mountain Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gemeinsam die ersten wissenschaftlichen Gammaphotonendaten des Dunkle-Materie-Partikelerkennungssatelliten „Wukong“. Die Beobachtung von Gammastrahlen im Weltraum ist für die Menschheit ein wichtiges Mittel zum Verständnis des Universums und spielt eine aktive Rolle bei der Erforschung hochaktueller wissenschaftlicher Fragen wie der Entstehung des Universums und der Entdeckung dunkler Materie.

Die wissenschaftlichen Gammaphotonendaten vom 1. Januar 2016 bis zum 31. Dezember 2018 (insgesamt 99.864 Ereignisse) und die zugehörigen Satellitenstatusdateien (insgesamt 1.096 Datensätze), die dieses Mal veröffentlicht wurden, können über das National Space Science Data Center oder das Purple Mountain Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bezogen werden.

Gammastrahlenbelastung von Wukong

Projekthintergrund

Das Space Science Pioneer Project (Phase I) ist eines der Pilotprojekte der Kategorie A der „Innovation 2020“, die vom Staatsrat im Jahr 2010 genehmigt wurden. Es wurde am 11. Januar 2011 offiziell gestartet. Ziel ist es, sich auf wissenschaftliche Brennpunkte mit den größten Vorteilen und dem größten Potenzial für bedeutende wissenschaftliche Entdeckungen zu konzentrieren, durch unabhängige und internationale kooperative wissenschaftliche Satellitenprogramme bedeutende Durchbrüche bei wissenschaftlichen Innovationen zu erzielen, die sprunghafte Entwicklung verwandter Hochtechnologien voranzutreiben und der Weltraumwissenschaft eine wichtige strategische Rolle bei der nationalen Entwicklung zu verleihen. Das Projekt wird vom National Space Science Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften geleitet.

Satellitenanalyse

Der Dark Matter Particle Explorer (DAMPE, auch bekannt als Wukong) wurde am 17. Dezember 2015 vom Jiuquan Satellite Launch Center als erster Satellit des Space Science Pioneer Project (Phase I) erfolgreich gestartet. Sein wichtigstes wissenschaftliches Ziel besteht darin, durch die Beobachtung hochenergetischer Elektronen (einschließlich Positronen) und Gammastrahlen-Energiespektren im Weltraum nach Beweisen für die Existenz von Dunkle-Materie-Teilchen zu suchen und damit verbundene Forschungen zum Ursprung der kosmischen Strahlung und der Gammastrahlenastronomie durchzuführen. Nach fünfeinhalb Jahren stabilen Betriebs funktionieren die Satellitenplattform und die Nutzlast des „Wukong“-Satelliten nun normal. Es hat mehr als elf Scans des gesamten Himmels durchgeführt, etwa 10,7 Milliarden Ereignisse hochenergetischer kosmischer Strahlung erfasst und die genauesten Messergebnisse im Energiebereich über TeV für Elektronen, Protonen, Heliumkerne usw. der kosmischen Strahlung erzielt und damit wichtige Beiträge zur indirekten Erkennung dunkler Materie und zum Ursprung der kosmischen Strahlung geleistet.

Die Nutzlast von „Wukong“ besteht aus vier Subdetektoren (Plastic Scintillation Array Detector PSD, Silicon Array Detector STK, BGO-Kalorimeter und Neutronendetektor NUD). Darunter wird der Kunststoff-Szintillationsarray-Detektor hauptsächlich zur Messung der Ladung der einfallenden Partikel und zur Anti-Koinzidenz-Erkennung von Gammastrahlen verwendet; Der Silizium-Array-Detektor wird hauptsächlich zur Messung der Richtung der einfallenden Partikel verwendet. Es ist mit einer Wolframplatte ausgestattet, um Gammastrahlen in Positronen und negative Elektronen umzuwandeln und so eine genaue Messung ihrer Richtung zu erreichen. Außerdem kann es die Ladung der einfallenden Teilchen messen. Das BGO-Kalorimeter wird hauptsächlich zur Messung der Energie kosmischer Strahlungspartikel, insbesondere hochenergetischer Elektronen und Gammastrahlen, und zur gleichzeitigen Partikelidentifizierung verwendet, um den Hintergrund hochenergetischer Nuklide (einschließlich Protonen und schwerer Kerne) zu eliminieren. Der Neutronendetektor dient der Messung der sekundären Neutronen, die durch die Wechselwirkung von Hadronen in der kosmischen Strahlung mit der Materie auf der oberen Schicht des Neutronendetektors entstehen, um den Hintergrund hochenergetischer Nuklide weiter zu eliminieren.

Nutzlaststrukturdiagramm „Wukong“

Bedeutung der Veröffentlichung

Die indirekte Erkennung von Dunkle-Materie-Partikeln, die Physik der kosmischen Strahlung und die Gammastrahlenastronomie sind die drei wichtigsten wissenschaftlichen Ziele von „Wukong“, und die Beobachtung von Gammastrahlen ist eines der wichtigsten Mittel zur Erreichung seiner wissenschaftlichen Ziele.

Da Gammaphotonen ungeladen sind und während der Ausbreitung nicht durch Magnetfelder abgelenkt werden, können sie bessere Informationen über die räumliche Verteilung der Dunklen Materie transportieren. Daher sind Gammastrahlendaten für die indirekte Detektion dunkler Materie von besonderem Wert. Die Gammastrahlenbeobachtungen des Dark Matter Particle Explorer Satellite verfügen über eine extrem hohe Energieauflösung und sollen zu einer besseren Erforschung der Eigenschaften der Dunklen Materie beitragen.

Beobachtungen mit bestehenden Gammastrahlen-Weltraumteleskopen auf der ganzen Welt haben gezeigt, dass es im Gammastrahlenband eine Vielzahl von Himmelskörpern und reichhaltigen astrophysikalischen Prozessen gibt, die es wert sind, untersucht zu werden. Der Dark Matter Particle Exploration Satellite hat mehr als 200 stabile Gammastrahlenquellen (einschließlich aktiver galaktischer Kerne, Pulsare, Pulsarwindwolken und Supernova-Überreste) in Gammastrahlendaten über 2 GeV zertifiziert, die für eine eingehende Untersuchung der Jet-Komponenten schwarzer Löcher in aktiven galaktischen Kernen, des Mechanismus der von Pulsaren erzeugten gepulsten Strahlung und des Beitrags von Supernova-Überresten zur Beschleunigung der kosmischen Strahlung verwendet werden können. Die Gammastrahlendaten des Dark Matter Particle Explorer Satellite werden außerdem neue Beobachtungsdaten zum Entstehungsmechanismus der riesigen Gammastrahlenblase liefern, die der Fermi-Satellit im Zentrum der Milchstraße vor Kurzem entdeckt hat. Durch die Auswertung dieser Gammastrahlendaten können hoffentlich auch unabhängige Beobachtungen zeitvariabler Gammastrahlenquellen ermöglicht werden.

Datenentschlüsselung

Wissenschaftliche Gammaphotonendaten umfassen hauptsächlich zwei Typen: Photonendatendateien und Satellitenstatusdateien. Die Photonendatendatei wird durch Photonenauswahl aus den vom Satelliten erfassten Ereignisdaten gewonnen. Die Datei zeichnet hauptsächlich die physikalischen Informationen und GTI-Informationen (Good Time Interval) der Photonendaten auf: Die physikalischen Informationen umfassen die Photonenankunftszeit, Rekonstruktionsenergie, Rekonstruktionsrichtung, Triggertyp usw.; Die GTI-Informationen zeichnen die Zeitinformationen des Satellitenbeobachtungsmodus auf. Die Satellitenstatusdatei zeichnet hauptsächlich Informationen wie Zeit, Position, Geschwindigkeit, Richtung und effektive Zeit des Satelliten auf. Um Wissenschaftlern auf der ganzen Welt die Datenanalyse zu erleichtern, bieten wir zur Unterstützung der wissenschaftlichen Datenanalyse auch die erweiterte Gammastrahlen-Datenanalysesoftware DmpST an.

Besonderer Dank gilt der Dark Matter Particle Explorer Satellite-Kollaboration für ihre wichtigen Beiträge zur Datenverarbeitung, Qualitätskontroll- und Analysesoftware der Gammaphotonenwissenschaft.

„Wukong“ wissenschaftliche Gammaphotonendaten, ganztägiges Zähldiagramm

Anschließend werden das National Space Science Data Center und das Purple Mountain Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften weiterhin wissenschaftliche Daten zur Gammaphotonenforschung veröffentlichen, Forschung und Entwicklung im Bereich Datenanalyse sowie Anwendungstechnologien und -tools betreiben und der Öffentlichkeit vielfältigere, verfeinerte und transparentere Dienste zum Datenaustausch und zur Anwendung bereitstellen.