Fig. 1 Les mesures de charge de DAMPE :500 GeV (à gauche) et 5 TeV (à droite). Crédit :DAMPE
La collaboration Dark Matter Particle Explorer (DAMPE) a rapporté la mesure précise du spectre d'énergie des noyaux d'hélium des rayons cosmiques de 70 GeV à 80 TeV le 18 mai 2021.
Pour la première fois, DAMPE révèle une structure adoucissante à environ 34 TeV d'énergie dans le spectre de l'hélium avec une signification élevée (~4,3σ). Avec l'énergie de ramollissement du spectre de protons DAMPE, les résultats sont cohérents avec une énergie d'adoucissement dépendant de la charge des protons et des noyaux d'hélium.
Le ramollissement commun est probablement une empreinte d'une source de rayons cosmiques à proximité, par exemple., un reste de supernova. L'énergie adoucissante, qui est probablement dépendant de Z pour les protons et les noyaux d'hélium, correspond à la limite supérieure d'accélération d'une telle source proche.
DAMPÉ, également connu sous le nom de « Wukong, " est un satellite spatial dédié à l'observation des rayons cosmiques et gamma de haute énergie. En plus de sonder la nature des particules de matière noire, l'un des principaux objectifs scientifiques de DAMPE est de mesurer avec précision les spectres 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 d'identification des particules, et une acceptation raisonnablement grande, ce qui le rend bien adapté aux études de structures spectrales précises des rayons cosmiques.
Les rayons cosmiques (RC) sont des particules énergétiques provenant de l'espace extra-atmosphérique. Ils sont pour la plupart constitués de noyaux de divers éléments, avec de petites quantités d'électrons/positions, photons gamma, et les neutrinos.
Fig. 2 Le spectre de protons DAMPE de 40 GeV à 100 TeV (à gauche) et le spectre d'hélium DAMPE de 70 GeV à 80 TeV (à droite). Crédit :DAMPE
On pense généralement que les rayons cosmiques proviennent d'objets astrophysiques extrêmes, par exemple. reste de supernova (SNR), accrétion par trou noir, etc. Par conséquent, Les CR sont une sonde unique pour explorer les lois astrophysiques dans des environnements extrêmes. L'origine, accélération, et la propagation des CR sont des questions très intéressantes et fondamentales en physique et astrophysique modernes, qui restent sans réponse après un siècle d'observations et de recherches.
Le spectre énergétique des CR, qui représente la relation entre le flux de particules et l'énergie, devrait être une forme de loi de puissance selon l'accélération canonique de choc des particules. La mesure précise du spectre d'énergie des CR est la clé pour comprendre ces questions fondamentales de la physique des rayons cosmiques.
Protons et noyaux d'hélium, sont les deux composants les plus abondants des rayons cosmiques, qui représentent plus de 99% du total des rayons cosmiques. L'excellente résolution de charge permet à DAMPE d'avoir une puissante capacité à identifier le proton et l'hélium, et mesurer avec précision leurs spectres respectivement. La figure 1 montre l'excellente mesure de charge du DAMPE à deux énergies typiques.
Depuis le lancement fin 2015, le détecteur DAMPE fonctionne de manière très stable en orbite depuis quatre ans. Des progrès significatifs dans les observations des électrons/positions des rayons cosmiques, protons, et des noyaux d'hélium ont été obtenus. 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 en orbite des 30 premiers mois, 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 de DAMPE montre que le spectre des protons n'est pas compatible avec le paradigme d'une loi de puissance unique dans une large gamme d'énergie.
Surtout, DAMPE a récemment découvert un "adoucissement" spectral (comportement des gouttes) à des énergies d'environ 14 TeV. L'énergie de rupture devrait être la limite d'accélération d'une éventuelle source de rayons cosmiques à proximité.
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 d'entre eux.
