Mesures précises des spectres de protons et d’hélium des rayons cosmiques via TeV


Mesures précises des spectres de protons et d'hélium des rayons cosmiques via TeV

Fig. 1 Les mesures de charge du DAMPE: 500 GeV (à gauche) et 5 droite). Crédit : DAMPE

La collaboration DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) a rendu compte le 18 mai 2021 de la mesure précise du spectre d’énergie des noyaux d’hélium avec des rayons cosmiques de 70 GeV à 80 TeV.

Pour la première fois, le DAMPE montre une structure adoucissante à environ 34 TeV énergies dans le spectre de l’hélium avec une signification élevée (~ 4,3σ). Avec l’énergie de ramollissement du spectre de DAMPE, les résultats concordent avec une énergie de ramollissement dépendante de la charge des protons et des noyaux d’hélium.

L’adoucissement habituel est probablement une empreinte d’une source de rayonnement cosmique proche, par ex. B. un reste de supernova. L’énergie de ramollissement, probablement dépendante de Z pour les protons et les noyaux d’hélium, correspond à la limite supérieure d’accélération d’une telle source proche.

DAMPE, également connu sous le nom de « Wukong », est un satellite spatial dédié aux observations à haute énergie des rayons cosmiques et des rayons gamma. En plus d’étudier la nature des particules de matière noire, l’un des objectifs scientifiques les plus importants du DAMPE est de mesurer avec les d’énergie des particules de rayons cosmiques.

DAMPE a une excellente résolution en énergie (pour les électrons et les rayons gamma), une très bonne capacité à identifier les particules et un niveau d’acceptation relativement élevé, ce qui le rend bien adapté à l’étude des structures spectrales précises des rayons cosmiques.

Les rayons cosmiques (CR) sont des particules énergétiques qui viennent de l’espace. Ils se composent principalement de noyaux de différents éléments ainsi que de petites quantités d’électrons / positions, de photons de rayons gamma et de neutrinos.

Mesures précises des spectres de protons et d'hélium des rayons cosmiques via TeV

Fig. 2 Le spectre des protons DAMPE de 40 GeV à 100 TeV (à gauche) et le spectre de l’hélium DAMPE de 70 GeV à 80 TeV (à droite). Crédit: DAMPE

Il est largement admis que les rayons cosmiques proviennent d’objets astrophysiques extrêmes, par ex. À partir de restes de supernova (SNR), d’accrétion par les trous noirs, etc. Par conséquent, les CR sont une sonde unique pour étudier les lois de l’astrophysique dans des environnements extrêmes. L’origine, l’accélération et la propagation des CR sont des questions très intéressantes et fondamentales de la physique et de l’astrophysique modernes qui restent sans réponse après des siècles d’ et de recherche.

Le spectre d’énergie des CR, qui représente le rapport du flux de particules à l’énergie, devrait être une forme de loi de puissance en fonction de l’accélération de choc canonique des particules. Mesurer avec précision le spectre d’énergie des CR est essentiel pour comprendre ces questions fondamentales en physique des rayons cosmiques.

Les protons et les noyaux d’hélium sont les deux composants les plus courants des rayons cosmiques, représentant plus de 99% de tous les rayons cosmiques. L’excellente résolution de charge permet à DAMPE d’identifier les protons et l’hélium et de mesurer précisément leurs spectres. La figure 1 montre l’excellente mesure de charge du DAMPE à deux énergies typiques.

Depuis son lancement fin 2015, le détecteur DAMPE fonctionne de manière très stable en orbite depuis quatre ans. Des progrès significatifs ont été réalisés dans l’observation des électrons / positions, des protons et des noyaux d’hélium dans les rayons cosmiques. Avec le fonctionnement continu et la collecte de données de DAMPE, on s’attend à ce que de plus en plus de données de haute qualité jettent un nouvel éclairage sur les questions fondamentales de la physique des rayons cosmiques.

Avec les données des 30 premiers mois en orbite, la collaboration DAMPE a obtenu la mesure précise du spectre d’énergie des protons des rayons cosmiques de 40 GeV à 100 TeV. Le résultat DAMPE montre que le spectre protonique n’est pas compatible avec le paradigme d’une loi de puissance unique dans une large gamme d’énergie.

En particulier, DAMPE a récemment découvert un « adoucissement » spectral (comportement de goutte) aux énergies d’environ 14 TeV. L’énergie de fracture devrait être la limite d’accélération d’une possible source de rayonnement cosmique proche.

Le résultat DAMPE a considérablement amélioré la précision de mesure du spectre de l’hélium dans la gamme d’énergie au-dessus de TeV. Le spectre de l’hélium CR montre une structure TeV très similaire à celle du proton CR, ce qui suggère une origine commune.


Les premières découvertes sur le DAMPE chinois pourraient fournir des informations sur la recherche sur la matière noire


Plus d’information:
F. Alemanno et al., Mesure du spectre d’énergie hélium des rayons cosmiques de 70 GeV à 80 TeV avec la mission spatiale DAMPE, Lettres d’examen physique (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.201102

Fourni par l’Académie chinoise des sciences

Citation: Les mesures les plus précises des spectres proton et hélium des rayons cosmiques via TeV (2021, 26 mai) ont été obtenues le 26 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-precise-cosmic-ray- proton – Hélium récupéré.html

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