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天文突破!我们终于知道高能“幽灵粒子”从何而来

最后,科学家们找到了来自银河系外高能宇宙中微子的来源。

2017年9月22日探测到的所谓神秘的“幽灵粒子”,穿越了40亿光年,从一个名为blazar的极具能量的天体上到达我们。

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这是一个惊人的发现,它不仅证实了火焰是高能中微子的来源,而且还建立了一个新的研究领域:多信使中微子天体物理学——利用不同类型的探测器来研究相同的现象。

同样的技术也被用于令人难以置信的研究,证实和拍摄碰撞中子星。

高能量的河外中微子自2012年首次被发现以来一直是一个令人烦恼的难题,他们利用南极冰层的特殊中微子探测器在南极实现了这一发现。

亚原子粒子很奇怪,但它们并不比中微子更奇怪。

它们的质量几乎为零,它们以接近光速的速度运动,它们不会与正常物质发生相互作用;对于中微子来说,宇宙几乎是无形的。

数十亿的中微子正在通过你。这就是为什么它们被称为“幽灵粒子”。

然而,这并不意味着它们不能与物质相互作用,而这正是冰立方所依赖的。时不时地,中微子可以与冰相互作用,产生一道闪光。

冰立方的探测器深入南极冰层,在黑暗中,这些碰撞产生的光子可以被探测到。

到目前为止,冰立方已经发现了一些真正引人注目的中微子。它们比正常的探测更有活力,这表明它们一定跑了很长的距离。

科学家们在银河系的晕(sn1987a)上发现了来自1987年超新星的中微子,其能量高达36兆电子伏。2012年的中微子的能量超过了一千兆电子伏——超过了1亿倍的能量。

一种中微子探测的可视化方法。

9月中微子的能量略低于300太电子伏,但仍然远远超过了附近的任何能量。因为宇宙的其他部分对于中微子来说并不存在,这意味着它们总是沿着一条直线运动。

这是一个由世界各地的数百名科学家组成的研究小组如何发现这个小亚原子粒子的来源。

他们把它追溯到40亿光年外的一个叫TXS 0506+056的地方,就在猎户座的肩膀上——这一发现意味着主要由质子和原子核组成的高能宇宙射线也来自同一个地方。

blazar是类星体的一种,它的核心是一个活跃的超大质量黑洞,在它进食的时候发出巨大的能量。

但火焰也是有角的,所以银河系平面的平面正对着我们,其中一个喷射流从黑洞的极区指向我们的方向。

在天空中有几千个这样的高能天体;但是他们在这一名单上的位置已经很低了,这是高能中微子的可能来源。

“有趣的是,在天体物理学界有一个普遍的共识,那就是,耀星不太可能是宇宙射线的来源,而我们就在这里,”威斯康辛-麦迪逊大学的物理学家Francis Halzen说,他是冰立方中微子观测站的首席科学家。

当2017年进行实时检测时,科学家们保持高度警惕。他们立即开始搜索冰立方的数据,发现从2014年末到2015年初,在同一地点有超过12颗中微子的耀斑。

幽灵粒子

这一发现得到了两架伽马射线望远镜的观测支持——美国宇航局的轨道费米伽马射线太空望远镜,以及位于加那利群岛的主要大气伽马射线成像切伦科夫望远镜(MAGIC)。

他们探测到来自TXS 0506+056的高能伽马射线活动。

在无线电频谱中也进行了观测,并对7个光学观测站进行了训练,以观察火焰的活动。

所有这些巨大的工作都表明,这颗闪亮星现在是已知的第一个高能中微子和宇宙射线的加速器。

“所有的部件都装配在一起,”UW-Madison的物理学家Albrecht Karle说。

“我们的档案数据中的中微子耀斑得到了独立的证实。与其他天文台的观测结果一起,这是一个令人信服的证据,证明这一火焰是高能中微子和高能宇宙射线的来源。

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