| 암흑물질 탐사 위성 "우쿵", 고에너지 전자 우주선 에너지 스펙트럼 획득 | ||
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 최근, 중국 연구팀은 암흑물질 탐사 위성 "우쿵(悟空)"으로 세계에서 가장 정밀한 고에지 전자 우주선(Cosmic ray) 에너지 스펙트럼을 획득하였다. 이는 에너지가 1TeV(1TeV=1조 전자볼트)보다 낮은 전자 우주선이 암흑물질에서 근원되는지의 여부를 확정하는데 핵심 작용을 일으킬 뿐만 아니라 암흑물질의 존재를 검증하는데 새로운 증거를 제공할 전망을 보인다. 해당 연구성과는 2017년 11월 30일 영국 "Nature" 저널에 온라인으로 게재되었다. 암흑물질 문제는 입자물리 및 우주학의 핵심 문제이다. 암흑물질은 발광성이 없고 전자기파를 발사하지 않으며 직접 육안으로 관찰할 수 없다. 최근 천문관측 결과에 의하면 우주는 27%의 암흑물질, 68%의 암흑에너지, 5%의 일반 물질로 구성되었다. 신비로운 암흑물질의 비밀은 아직 밝혀지지 않고 있다. 물리적 법칙에 의하면 우주공간에서 근원된 우주선 에너지 스펙트럼은 에너지의 증가에 따라 포획할 수 있는 전자수가 점점 적어진다. 그러므로 에너지가 증가됨에 따라 탐사의 어려움도 갈수록 커진다. 에너지 측정 범위의 제한으로 1조 전자볼트 이상의 에너지 영역에 대한 관측은 거의 불가능한 상태이다. 2015년 12월, 중국은 암흑물질 탐사 위성 "우쿵" 을 발사하여 암흑물질 입자 존재의 증거 확인 및 천체물리 연구를 수행하였다. "우쿵" 위성은 고에너지 전자, 감마선 에너지 측정 정확도 및 다양한 종류 입자 식별 기능이 세계 초고수준이며 특히 암흑물질 입자 소멸 과정에서 생성되는 피크 에너지 스펙트럼 신호 검색에 적합하다. 우주의 암흑물질은 일반 물질의 5배이며 그 물리적 성질에 대한 연구는 입자물리 및 천체물리 분야의 중대한 과제이다. 비교적 낮은 에너지 영역에서 "우쿵"으로 획득한 에너지 스펙트럼은 기타 위성으로 획득한 에네지 스펙트럼과 거의 일치하고 천천히 하강되는 추세를 나타냈다. 이런 하강 추세는 비교적 낮은 에너지 영역의 전자 우주선이 암흑물질에서 근원되는지의 여부를 확정하는데 핵심 작용을 일으킨다. 에너지가 계속하여 증가되는 과정에서 반드시 지속적으로 하강되어야 하는 곡선의 1.4TeV 위치에서 뜻밖으로 1개의 피크가 나타났다. 이는 해당 에너지 위치에서 대량의 고에너지 전자가 "우쿵" 위성에 의하여 관측되었음을 의미한다. 암흑물질이 소멸 또는 붕괴 과정에서 이러한 고에너지 전자 및 감마선이 생성되는데 이 기이한 전자 에너지 스펙트럼은 가능하게 암흑물질 입자가 존재하는 새로운 증거임을 암시한다. "우쿵" 위성으로 측정한 "피크"에 함유된 "잡질"은 아주 적고 "순도"가 높다. 그러나 해당 결과는 530일 동안 수집한 데이터를 기반으로 얻은 결과이기에 신뢰성을 한층 더 향상시키려면 계속하여 데이터를 축적하여야 한다. 현재 "우쿵"은 정상적으로 운행되고 있으며 또한 지속적으로 데이터를 수집하고 있다. 1.4TeV 위치의 정밀 구조가 확정되면 입자물리 또는 천체물리 분야의 중대한 발견이다. 만약 해당 "피크"가 암흑물질을 의미하면 우주에 암흑물질이 존재하는 근거이며 암흑물질을 의미하지 않으면 인간이 예측하지 못한 새로운 입자 또는 천문현상의 발견이다. "우쿵" 위성 개발 초기에 두 가지 설계 방안이 있었다. 첫 번째 방안은 무게가 1.4t인 탐측기를 이미 제조한 위성에 설치하는 방안인데 해당 방안으로 설계하면 위성의 총 무게가 3t을 초과하여 더욱 큰 로켓으로 발사해야 하기에 탑재 운반비용이 5,000~6.000만 위안(약 82~99억 한화) 증가된다. 두 번째 방안은 위성의 전체 서비스 시설을 탐측기 주위에 설치하는 방안으로서 과학적 무게 배치 기반의 위성 설계 방법이다. 최종적으로 무게를 오직 400Kg 증가시켜 완정한 위성 기능을 구현하였으며 탑재 무게와 전체 위성의 무게비가 73%에 달하였다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/11/395570.shtm |
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