暗物质粒子探测卫星在轨模拟及相关校准研究
发布时间：2021-08-26 12:34
暗物质作为人类科学研究的一个未解之谜,是现代天文学研究的一个热点前沿,无数科学家为穷尽毕生心血都想探究暗物质的本质。暗物质粒子探测卫星（DAMPE）是我国第一颗空间天文卫星,也是目前国际上高能量分辨率和宽能段的空间粒子探测器之一。DAMPE的主要科学目标是精确测量宇宙线中的电子、质子和核素,以及伽马射线,来间接搜寻暗物质可能存在的信号。DAMPE非常高的能量分辨使其在暗物质粒子间接探测,尤其是在伽马射线线谱搜寻方面具有独特的优势。作者在DAMPE合作组内主要负责离线数据处理软件的开发和维护,探测器相关模拟和重建算法研究,以及伽马射线数据的分析和相关标定。本文介绍了本人在DAMPE合作组内的一些相关研究进展和结果。第一章简要介绍了本文围绕DAMPE开展数据分析工作的研究背景,首先叙述了暗物质的存在证据、相关理论模型和探测方法,引入以暗物质间接探测为主要科学目标的DAMPE卫星项目,并简要介绍了 DAMPE的有效载荷的设计原理和相关指标参数。在轨运行中对仪器性能指标的标定的数据分析工作不仅表明探测器良好的工作性能,也是本文的研究基础。第二章介绍了 DAMPE在轨运行期间,我主要参与的离线数...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２典型漩涡星系Ｍ３３的旋转１１１丨线［５］??２．引力透镜??
子也会随着宇宙的膨胀而明显变化），在??当今时代，这些背景光子的波长是微波级的（因此也被称为ＣＭＢＲ）。原则上，??ＣＭＢＲ在天空中的任何方向上都应该是均勻的，但是ＣＭＢＲ中的任何不均匀性??（各向异性）无论多小，实际上都表明光子自由流动的最后散射表面的微波的不??连续性。因此，ＣＭＢＲ中的各向异性包含了关于宇宙质量－能量涨落的大量信息。??威尔金森各向异性探测器在经过空间实验后，绘制了微波背景辖射的各向异性??图像［１〇］，普朗克探测器的最新结果绘制了更精确的各向异性图像［１１］（图１．４）。??根据普朗克探测器最新观测到的微小各向异性［１２］，我们认为宇宙中？２６．８％的??质量能量是由暗物质构成的，而只有？４．９％的质量能量是由可观测到的包括所??有恒星和星系、星系团、超星系团所有其他已知物质（图１．１）?［１］。??图１．４普朗克探测器绘制的宇宙微波背景辐射各向异性的图像［１１］??同时，ＣＭＢＲ震荡具有典型的角度分布，对ＣＭＢＲ非均勻性的功率谱测量，??显示了重子物质和暗物质的不同影响。ＣＭＢＲ功率谱展示了一个大的第一峰值??和较小的连续峰值，到２００９年为止有三个峰值被分辨第一峰值主要说明重子物??质的密度，而第三峰值则反映暗物质的密度。根据冷暗物质标准宇宙学模型对??ＣＭＢ各向异性拟合得到的参数值和ＷＭＡＰ和最近其他天文观测实验的结果相??吻合。??４??
第１章绪?论??量的暗物质粒子模型，如图１．６所示，这些模型的暗物质质量和作用范围都有很??大的不确定性。通常按暗物质粒子的运动速度把暗物质模型分成三个大类：冷暗??物质、热暗物质和温暗物质。??里〇２?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｔ?Ｉ?＾?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??１〇２１?－?－??１０１８?－?－??１〇，５－?＿??１〇１２?？?／??ｉ〇９?－?Ｑ－ｂｓｌｌ??ｉｏ６?－?夂“??１〇３－?§－??１〇°?？?￡＊??２ｓ?１〇３?＇?ｎｅｕｔｒｉｎｏｓ?ＷＩＭＰｓ：?纖空??ｗ?１（）?６?？?ｎｅｕｔｒａｌｉｎｏ?！??ｇ?丨〇－９?－?ＫＫ?ｐｈｏｔｏｎ?ｘ￣??ＳＩ??ＨＢＢ?■：??ｉｏ?－?＜■么?—Ｂ?Ｈ｜??１０－２４?－?ａｘｉｏｎ?ｆ?ａｘｉｎｏ?？?－??ｌ〇＇２７?－?ＳｕｐｅｒＷＩＭＰｓ：?－??１０?ｆｕｚｚｙ?ＣＤＭ?Ｉ?ｇｒａｖｉｔｉｎｏ??ｉ〇＇３３?＇?：＂？！?▼?ＫＫ?ｇｒａｖｉｔｏｎ?圖＇??ｉｏ＇３６?■?ｉｌｌ?—?■??－３９?！?▼?ｉ??ｌ〇?￣ｉ?．?Ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?睡?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?里－??１０—３３１０＇Ｍ１０＿２７１〇－２４１０—２１１０－１８ｌ〇－１５１０—ｌ２１０＇９ＷｌＯ〇?１０３?ｉｏ６?１０９１０ｕｌ０ｌ５１０１８??ｍａｓｓ?（ＧｅＶ）??图１．６暗物质的可能候选模艰［１４］??在这些模型中，目前讨论得最多的暗物质候选者是弱相互作用大质量粒子??（Ｗｅａｋｌｙ?ｉｎｔｅ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Calibration and performance of the neutron detector onboard of the DAMPE mission[J]. Yong-Yi Huang,Tao Ma,Chuan Yue,Yan Zhang,Ming-Sheng Cai,Jin Chang,Tie-Kuang Dong,Yong-Qiang Zhang. Research in Astronomy and Astrophysics. 2020(09)
[2]Energy correction based on fluorescence attenuation of DAMPE[J]. Li-Bo Wu,Yun-Long Zhang,Zhi-Yong Zhang,Yi-Feng Wei,Si-Cheng Wen,Hao-Ting Dai,Cheng-Ming Liu,Xiao-Lian Wang,Zi-Zong Xu,Guang-Shun Huang. Research in Astronomy and Astrophysics. 2020(08)
[3]The boresight alignment of the DArk Matter Particle Explorer[J]. Wei Jiang,Xiang Li,Kai-Kai Duan,Zhao-Qiang Shen,Zun-Lei Xu,Jing-Jing Zang,Shi-Jun Lei,Qiang Yuan. Research in Astronomy and Astrophysics. 2020(06)
[4]DmpIRFs and DmpST:DAMPE instrument response functions and science tools for gamma-ray data analysis[J]. Kai-Kai Duan,Wei Jiang,Yun-Feng Liang,Zhao-Qiang Shen,Zun-Lei Xu,Yi-Zhong Fan,Fabio Gargano,Simone Garrappa,Dong-Ya Guo,Shi-Jun Lei,Xiang Li,Mario Nicola Mazziotta,Maria Fernanda Munoz Salinas,Meng Su,Valerio Vagelli,Qiang Yuan,Chuan Yue,Stephan Zimmer. Research in Astronomy and Astrophysics. 2019 (09)
[5]Calibration of the DAMPE Plastic Scintillator Detector and its on-orbit performance[J]. Meng Ding,Ya-Peng Zhang,Yong-Jie Zhang,Yuan-Peng Wang,Tie-Kuang Dong,Antonio De Benedittis,Paolo Bernardini,Fang Fang,Yao Li,Jie Liu,Peng-Xiong Ma,Zhi-Yu Sun,Valentina Gallo,Stefania Vitillo,Zhao-Min Wang,Yu-Hong Yu,Chuan Yue,Qiang Yuan,Yong Zhou,Yun-Long Zhang. Research in Astronomy and Astrophysics. 2019(03)
[6]暗物质粒子探测卫星PSD的在轨状态以及PSD的光衰减行为研究[J]. 李瑶,张亚鹏,张永杰,孙志宇,余玉洪,董铁矿,马鹏雄,王远鹏,袁强. 天文学报. 2017(06)
[7]Off line software for the DAMPE experiment[J]. 王驰,刘栋,魏逸丰,张志永,张云龙,汪晓莲,许咨宗,黄光顺,Andrii Tykhonov,吴欣,藏京京,刘杨,蒋维,文思成,伍健,常进. Chinese Physics C. 2017(10)
[8]以载荷为中心的暗物质探测卫星机电热一体化设计[J]. 董磊,李华旺,诸成,朱振才,常亮. 空间科学学报. 2017(02)
[9]Dark Matter Particle Explorer: The First Chinese Cosmic Ray and Hard γ-ray Detector in Space[J]. CHANG Jin. 空间科学学报. 2014(05)
[10]Study of the online event filtering algorithm for BESⅢ[J]. 傅成栋,邹佳恒,莫晓虎,何康林,边渐鸣,曹国富,曹学香,陈申见,邓子艳,高原宁,何苗,花春飞,黄彬,黄性涛,季晓斌,李飞,李海波,李卫东,梁羽铁,刘春秀,刘怀民,刘秋光,刘锁,刘英杰,马秋梅,马想,冒亚军,毛泽普,潘明华,庞彩莹,平荣刚,秦纲,秦亚红,邱进发,孙胜森,孙永昭,王纪科,王亮亮,文硕频,伍灵慧,谢宇广,徐敏,严亮,尤郑昀,俞国威,苑长征,袁野,张炳云,张长春,张建勇,张学尧,张瑶,郑阳恒,朱科军,朱永生,朱志丽. 中国物理C. 2008(05)
博士论文
[1]暗物质粒子探测卫星BGO量能器的地面测试与在轨数据初步分析[D]. 魏逸丰.中国科学技术大学 2016
本文编号：3364250
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２典型漩涡星系Ｍ３３的旋转１１１丨线［５］??２．引力透镜??
子也会随着宇宙的膨胀而明显变化），在??当今时代，这些背景光子的波长是微波级的（因此也被称为ＣＭＢＲ）。原则上，??ＣＭＢＲ在天空中的任何方向上都应该是均勻的，但是ＣＭＢＲ中的任何不均匀性??（各向异性）无论多小，实际上都表明光子自由流动的最后散射表面的微波的不??连续性。因此，ＣＭＢＲ中的各向异性包含了关于宇宙质量－能量涨落的大量信息。??威尔金森各向异性探测器在经过空间实验后，绘制了微波背景辖射的各向异性??图像［１〇］，普朗克探测器的最新结果绘制了更精确的各向异性图像［１１］（图１．４）。??根据普朗克探测器最新观测到的微小各向异性［１２］，我们认为宇宙中？２６．８％的??质量能量是由暗物质构成的，而只有？４．９％的质量能量是由可观测到的包括所??有恒星和星系、星系团、超星系团所有其他已知物质（图１．１）?［１］。??图１．４普朗克探测器绘制的宇宙微波背景辐射各向异性的图像［１１］??同时，ＣＭＢＲ震荡具有典型的角度分布，对ＣＭＢＲ非均勻性的功率谱测量，??显示了重子物质和暗物质的不同影响。ＣＭＢＲ功率谱展示了一个大的第一峰值??和较小的连续峰值，到２００９年为止有三个峰值被分辨第一峰值主要说明重子物??质的密度，而第三峰值则反映暗物质的密度。根据冷暗物质标准宇宙学模型对??ＣＭＢ各向异性拟合得到的参数值和ＷＭＡＰ和最近其他天文观测实验的结果相??吻合。??４??
第１章绪?论??量的暗物质粒子模型，如图１．６所示，这些模型的暗物质质量和作用范围都有很??大的不确定性。通常按暗物质粒子的运动速度把暗物质模型分成三个大类：冷暗??物质、热暗物质和温暗物质。??里〇２?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?ｔ?Ｉ?＾?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??１〇２１?－?－??１０１８?－?－??１〇，５－?＿??１〇１２?？?／??ｉ〇９?－?Ｑ－ｂｓｌｌ??ｉｏ６?－?夂“??１〇３－?§－??１〇°?？?￡＊??２ｓ?１〇３?＇?ｎｅｕｔｒｉｎｏｓ?ＷＩＭＰｓ：?纖空??ｗ?１（）?６?？?ｎｅｕｔｒａｌｉｎｏ?！??ｇ?丨〇－９?－?ＫＫ?ｐｈｏｔｏｎ?ｘ￣??ＳＩ??ＨＢＢ?■：??ｉｏ?－?＜■么?—Ｂ?Ｈ｜??１０－２４?－?ａｘｉｏｎ?ｆ?ａｘｉｎｏ?？?－??ｌ〇＇２７?－?ＳｕｐｅｒＷＩＭＰｓ：?－??１０?ｆｕｚｚｙ?ＣＤＭ?Ｉ?ｇｒａｖｉｔｉｎｏ??ｉ〇＇３３?＇?：＂？！?▼?ＫＫ?ｇｒａｖｉｔｏｎ?圖＇??ｉｏ＇３６?■?ｉｌｌ?—?■??－３９?！?▼?ｉ??ｌ〇?￣ｉ?．?Ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?睡?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?里－??１０—３３１０＇Ｍ１０＿２７１〇－２４１０—２１１０－１８ｌ〇－１５１０—ｌ２１０＇９ＷｌＯ〇?１０３?ｉｏ６?１０９１０ｕｌ０ｌ５１０１８??ｍａｓｓ?（ＧｅＶ）??图１．６暗物质的可能候选模艰［１４］??在这些模型中，目前讨论得最多的暗物质候选者是弱相互作用大质量粒子??（Ｗｅａｋｌｙ?ｉｎｔｅ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Calibration and performance of the neutron detector onboard of the DAMPE mission[J]. Yong-Yi Huang,Tao Ma,Chuan Yue,Yan Zhang,Ming-Sheng Cai,Jin Chang,Tie-Kuang Dong,Yong-Qiang Zhang. Research in Astronomy and Astrophysics. 2020(09)
[2]Energy correction based on fluorescence attenuation of DAMPE[J]. Li-Bo Wu,Yun-Long Zhang,Zhi-Yong Zhang,Yi-Feng Wei,Si-Cheng Wen,Hao-Ting Dai,Cheng-Ming Liu,Xiao-Lian Wang,Zi-Zong Xu,Guang-Shun Huang. Research in Astronomy and Astrophysics. 2020(08)
[3]The boresight alignment of the DArk Matter Particle Explorer[J]. Wei Jiang,Xiang Li,Kai-Kai Duan,Zhao-Qiang Shen,Zun-Lei Xu,Jing-Jing Zang,Shi-Jun Lei,Qiang Yuan. Research in Astronomy and Astrophysics. 2020(06)
[4]DmpIRFs and DmpST:DAMPE instrument response functions and science tools for gamma-ray data analysis[J]. Kai-Kai Duan,Wei Jiang,Yun-Feng Liang,Zhao-Qiang Shen,Zun-Lei Xu,Yi-Zhong Fan,Fabio Gargano,Simone Garrappa,Dong-Ya Guo,Shi-Jun Lei,Xiang Li,Mario Nicola Mazziotta,Maria Fernanda Munoz Salinas,Meng Su,Valerio Vagelli,Qiang Yuan,Chuan Yue,Stephan Zimmer. Research in Astronomy and Astrophysics. 2019 (09)
[5]Calibration of the DAMPE Plastic Scintillator Detector and its on-orbit performance[J]. Meng Ding,Ya-Peng Zhang,Yong-Jie Zhang,Yuan-Peng Wang,Tie-Kuang Dong,Antonio De Benedittis,Paolo Bernardini,Fang Fang,Yao Li,Jie Liu,Peng-Xiong Ma,Zhi-Yu Sun,Valentina Gallo,Stefania Vitillo,Zhao-Min Wang,Yu-Hong Yu,Chuan Yue,Qiang Yuan,Yong Zhou,Yun-Long Zhang. Research in Astronomy and Astrophysics. 2019(03)
[6]暗物质粒子探测卫星PSD的在轨状态以及PSD的光衰减行为研究[J]. 李瑶,张亚鹏,张永杰,孙志宇,余玉洪,董铁矿,马鹏雄,王远鹏,袁强. 天文学报. 2017(06)
[7]Off line software for the DAMPE experiment[J]. 王驰,刘栋,魏逸丰,张志永,张云龙,汪晓莲,许咨宗,黄光顺,Andrii Tykhonov,吴欣,藏京京,刘杨,蒋维,文思成,伍健,常进. Chinese Physics C. 2017(10)
[8]以载荷为中心的暗物质探测卫星机电热一体化设计[J]. 董磊,李华旺,诸成,朱振才,常亮. 空间科学学报. 2017(02)
[9]Dark Matter Particle Explorer: The First Chinese Cosmic Ray and Hard γ-ray Detector in Space[J]. CHANG Jin. 空间科学学报. 2014(05)
[10]Study of the online event filtering algorithm for BESⅢ[J]. 傅成栋,邹佳恒,莫晓虎,何康林,边渐鸣,曹国富,曹学香,陈申见,邓子艳,高原宁,何苗,花春飞,黄彬,黄性涛,季晓斌,李飞,李海波,李卫东,梁羽铁,刘春秀,刘怀民,刘秋光,刘锁,刘英杰,马秋梅,马想,冒亚军,毛泽普,潘明华,庞彩莹,平荣刚,秦纲,秦亚红,邱进发,孙胜森,孙永昭,王纪科,王亮亮,文硕频,伍灵慧,谢宇广,徐敏,严亮,尤郑昀,俞国威,苑长征,袁野,张炳云,张长春,张建勇,张学尧,张瑶,郑阳恒,朱科军,朱永生,朱志丽. 中国物理C. 2008(05)
博士论文
[1]暗物质粒子探测卫星BGO量能器的地面测试与在轨数据初步分析[D]. 魏逸丰.中国科学技术大学 2016
本文编号：3364250
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