A colaboração Dark Matter Particle Explorer (DAMPE) relatou a medição precisa do espectro de energia de núcleos de hélio de raios cósmicos de energias de 70 GeV a 80 TeV em 18 de maio, 2021.

Pela primeira vez, DAMPE revela uma estrutura de amolecimento em cerca de 34 TeV energias no espectro de hélio com uma alta significância (~ 4,3σ). Junto com a energia de amolecimento do espectro de prótons DAMPE, os resultados são consistentes com uma energia de amolecimento dependente de carga de prótons e núcleos de hélio.

O amolecimento comum é provavelmente uma impressão de uma fonte de raios cósmicos próxima, por exemplo., um remanescente de supernova. A energia suavizante, que é provavelmente dependente de Z para prótons e núcleos de hélio, corresponde ao limite superior de aceleração de uma fonte próxima.

DAMPE, também conhecido como "Wukong, "é um satélite espacial dedicado a observações de raios cósmicos e raios gama de alta energia. Além de sondar a natureza das partículas de matéria escura, um dos principais objetivos científicos do DAMPE é medir com precisão os espectros de energia das partículas de raios cósmicos.

O DAMPE tem uma excelente resolução de energia (para elétrons e raios gama), uma capacidade de identificação de partículas muito boa, e uma aceitação razoavelmente grande, tornando-o bem adequado para os estudos de estruturas espectrais precisas de raios cósmicos.

Os raios cósmicos (CRs) são partículas energéticas vindas do espaço sideral. Eles são compostos principalmente de núcleos de vários elementos, junto com pequenas quantidades de elétrons / posições, fótons de raios gama, e neutrinos.

Acredita-se que os raios cósmicos geralmente se originam de objetos astrofísicos extremos, por exemplo. remanescente de supernova (SNR), acreção por buraco negro, etc. Portanto, Os CRs são uma sonda única para explorar as leis astrofísicas em ambientes extremos. A origem, aceleração, e a propagação de CRs são questões muito interessantes e fundamentais na física e astrofísica moderna, que permanecem sem resposta após uma observação e pesquisa de um século.

O espectro de energia dos CRs, que representa a relação do fluxo de partículas com a energia, espera-se que seja uma forma de lei de potência de acordo com a aceleração de choque canônico das partículas. A medição precisa do espectro de energia dos CRs é a chave para entender essas questões fundamentais da física dos raios cósmicos.

Prótons e núcleos de hélio, são os dois componentes mais abundantes dos raios cósmicos, que representam mais de 99% dos raios cósmicos totais. A excelente resolução de carga permite que o DAMPE tenha uma capacidade poderosa de identificar prótons e hélio, e medir com precisão seus espectros, respectivamente. A Fig. 1 mostra a excelente medição de carga do DAMPE em duas energias típicas.

Desde o lançamento no final de 2015, o detector DAMPE tem trabalhado de forma muito estável em órbita por quatro anos. Avanços significativos nas observações de elétrons / posições dos raios cósmicos, prótons, e núcleos de hélio foram alcançados. Com a operação contínua e coleta de dados do DAMPE, espera-se que mais e mais dados de alta qualidade lançarão uma nova luz sobre as questões fundamentais sobre a física dos raios cósmicos.

Com os primeiros 30 meses de dados em órbita, a colaboração DAMPE obteve a medição precisa do espectro de energia de prótons de raios cósmicos de energias de 40 GeV a 100 TeV. O resultado do DAMPE mostra que o espectro de prótons não é compatível com o paradigma de uma lei de potência única em uma ampla faixa de energia.

Especialmente, O DAMPE descobriu recentemente um "amolecimento" espectral (comportamento de queda) em cerca de 14 TeV de energias. Espera-se que a energia de quebra seja o limite de aceleração de uma possível fonte de raios cósmicos próxima.

O resultado do DAMPE melhorou significativamente a precisão da medição do espectro do hélio na faixa de energia acima do TeV. O espectro de hélio CR mostra uma estrutura TeV muito semelhante à do próton CR, o que sugere uma origem comum deles.