暗黒物質粒子探知衛星「悟空」のガンマ光子科学データが正式に公開されました

2021年9月7日、中国科学院国家宇宙科学センター国家宇宙科学データセンターと中国科学院紫金山天文台は共同で、暗黒物質粒子検出衛星「悟空」のガンマ光子科学データの第一陣を発表した。宇宙ガンマ線観測は、人類が宇宙を理解するための重要な手段の一つとして、宇宙の起源や暗黒物質の検出など最先端の科学的課題の研究に活躍しています。

今回公開された2016年1月1日から2018年12月31日までのガンマ光子科学データ（計99,864件）と関連衛星ステータスファイル（計1,096件）は、中国科学院国家宇宙科学データセンターまたは紫金山天文台を通じて入手できる。

悟空のガンマ線被爆

プロジェクトの背景

宇宙科学パイオニアプロジェクト（フェーズI）は、2010年に国務院で承認された「イノベーション2020」カテゴリーAパイロットプロジェクトの1つであり、2011年1月11日に正式に開始されました。その目的は、主要な科学的発見の最大の利点と可能性を備えた科学ホットスポットに焦点を当て、独立した国際協力の科学衛星プログラムを通じて主要な科学的イノベーションのブレークスルーを達成し、関連するハイテクノロジーの飛躍的な発展を推進し、国家の発展における宇宙科学の重要な戦略的役割を果たすことです。このプロジェクトは中国科学院の国家宇宙科学センターが主導している。

衛星分析

ダークマター粒子探査機（DAMPE、別名Wukong）は、宇宙科学パイオニアプロジェクト（フェーズI）の最初の衛星として、2015年12月17日に酒泉衛星発射センターで打ち上げられました。その主な科学的目標は、宇宙空間における高エネルギー電子（陽電子を含む）とガンマ線エネルギースペクトルを観測することにより暗黒物質粒子の存在の証拠を探し、宇宙線の起源とガンマ線天文学に関する関連研究を行うことです。 5年半の安定した運用を経て、「悟空」衛星プラットフォームとペイロードは現在正常に動作しています。これまでに11回以上の全天スキャンを完了し、約107億個の高エネルギー宇宙線イベントを取得し、宇宙線電子、陽子、ヘリウム原子核などについてTeV以上のエネルギー領域で最も正確な測定結果を得て、暗黒物質の間接的検出や宇宙線の起源の解明に重要な貢献を果たしました。

「悟空」のペイロードは、4つのサブ検出器（プラスチックシンチレーションアレイ検出器PSD、シリコンアレイ検出器STK、BGOカロリメータ、中性子検出器NUD）で構成されています。その中で、プラスチックシンチレーションアレイ検出器は、主に入射粒子の電荷の測定とガンマ線の反同時検出に使用されます。シリコンアレイ検出器は主に入射粒子の方向を測定するために使用されます。タングステン板を装備しており、ガンマ線を陽電子と負電子に変換してその方向を正確に測定し、入射粒子の電荷も測定できます。 BGOカロリメータは主に宇宙線粒子、特に高エネルギー電子とガンマ線のエネルギーを測定するために使用され、同時に粒子識別を行って高エネルギー核種（陽子と重原子核を含む）のバックグラウンドを除去するために使用されます。中性子検出器は、宇宙線中のハドロンと中性子検出器の上層部の物質との相互作用によって生成される二次中性子を測定するために使用され、高エネルギー核種のバックグラウンドをさらに除去します。

「悟空」ペイロード構造図

リリースの重要性

暗黒物質粒子の間接検出、宇宙線物理学、ガンマ線天文学は「悟空」の3つの主要な科学目標であり、ガンマ線の観測はその科学目標を達成するための重要な手段の1つです。

ガンマ光子は電荷を帯びておらず、伝播中に磁場によって偏向されることがないため、暗黒物質の空間分布に関する情報をより適切に運ぶことができます。したがって、ガンマ線データは暗黒物質の間接検出研究において特別な価値があります。暗黒物質粒子探査衛星のガンマ線観測はエネルギー分解能が非常に高く、暗黒物質の特性をより深く研究できると期待されています。

国際的に既存のガンマ線宇宙望遠鏡を使用した観測により、ガンマ線帯域には研究する価値のあるさまざまな天体と豊富な天体物理学的プロセスが存在することが示されています。暗黒物質粒子探査衛星は、2GeV以上のガンマ線データで200以上の安定したガンマ線源（活動銀河核、パルサー、パルサー風雲、超新星残骸など）を認証しており、活動銀河核のブラックホールジェット成分、パルサーによって生成されるパルス放射のメカニズム、超新星残骸の宇宙線加速への寄与などについて詳細な研究を行うことができます。暗黒物質粒子探査衛星からのガンマ線データは、フェルミ衛星が天の川銀河の中心部で新たに発見した巨大なガンマ線バブルの形成メカニズムに関する新たな観測情報も提供する。これらのガンマ線データをマイニングすることで、時間とともに変化するガンマ線源の独立した観測も提供できるようになると期待されます。

データの復号化

ガンマ光子科学データには、主に光子データ ファイルと衛星ステータス ファイルの 2 種類が含まれます。光子データファイルは、衛星によって検出されたイベントデータから光子を選択して取得されます。ファイルには主に光子データの物理情報と GTI (good time interval) 情報が記録されます。物理情報には光子到着時間、再構成エネルギー、再構成方向、トリガー タイプなどが含まれます。 GTI情報には衛星観測モードの時間情報が記録されます。衛星ステータスファイルには、主に衛星の時刻、位置、速度、方向、有効時間などの情報が記録されます。世界中の科学者によるデータ分析を容易にするために、科学的データ分析を支援するガンマ線高度データ分析ソフトウェア DmpST も提供しています。

ガンマ光子科学データ処理、品質管理、分析ソフトウェアへの重要な貢献に対して、Dark Matter Particle Explorer Satellite コラボレーションに特に感謝します。

「悟空」ガンマ光子科学データ全日カウントチャート

今後、中国科学院国家宇宙科学データセンターと紫金山天文台は、ガンマ光子科学データの公開を継続し、データ分析と応用技術およびツールの研究開発を実施し、より多様で、より洗練され、より透明性の高いデータ共有と応用サービスを国民に提供していく。