天文学家探测到来自拥有巨大黑洞的银河系邻居的"幽灵"粒子

来源：cnBeta 　2022-11-17 15:39:42

在地球上，每秒钟都有数万亿被称为中微子的亚原子粒子流经我们的身体，但我们从未注意到，由于它们很少与其他物质发生作用，中微子可以不受阻碍地在很远的地方走直线，途中携带了关于其宇宙起源的信息。

尽管在地球上探测到的这些被恰当地命名为"幽灵"的粒子大多来自太阳或我们自己的大气层，但有些中微子来自宇宙，远远超出了我们的银河系。这些中微子被称为天体物理学中微子，可以为了解宇宙中一些最强大的天体提供有价值的信息。

(相关资料图)

一个国际科学家团队首次发现了从鲸鱼座NGC 1068星系中发出的高能天体中微子的证据。

这次探测是由冰立方中微子观测站进行的。这个重达10亿吨的中微子望远镜由科学仪器和冰组成，位于南极地表下1.5-2.5公里（0.9至1.2英里）处。美国国家科学基金会（NSF）为冰立方中微子观测站（IceCube Neutrino Observatory）提供了主要资金，威斯康星大学麦迪逊分校是牵头机构，负责该探测器的维护和运营。

本月发表在《科学》杂志上的这些新结果，是在威斯康星州发现研究所的一次演讲中分享的。

"一个中微子可以单挑出一个来源。但是只有用多个中微子进行观测，才能揭示出最有能量的宇宙物体被遮蔽的核心，"威斯康星大学麦迪逊分校的物理学教授、冰立方项目的主要研究人员Francis Halzen说。"冰立方已经从NGC 1068积累了大约80个太电子伏特能量的中微子，这些中微子还不足以回答我们所有的问题，但它们绝对是实现中微子天文学的下一个重要步骤。"

冰立方由国际冰立方合作组织管理，该组织由来自世界各地58个机构的350多名科学家组成。威斯康星州冰立方粒子天体物理中心（WIPAC）是华盛顿大学麦迪逊分校的一个研究中心，是冰立方项目的牵头机构。

WIPAC负责冰立方中微子观测站的维护和运行，包括确保探测器昼夜运行。该天文台通过微小的蓝光闪烁来探测中微子，这些蓝光被称为切伦科夫光，当中微子与冰中的分子相互作用时产生。

在47光年的距离内，螺旋星系NGC 1068是我们银河系的一个相对近的邻居。资料来源：NASA / ESA / A. van der Hoeven

在WIPAC，一个由科学家、技术和支持人员组成的多元化团队使数据为科学服务，使冰立方的科学家能够进行广泛的调查。WIPAC团队为冰立方前十年的数据提供了一个新的版本，它使用了明显改进的探测器校准。这个卓越的数据集为确定NGC 1068是一个中微子源做出了贡献。

"几年前，NSF启动了一个雄心勃勃的项目，通过将光学和射电天文学的既定能力与探测和测量中微子和引力波等现象的新能力相结合，扩大我们对宇宙的了解，"NSF物理部主任Denise Caldwell说。"冰立方中微子天文台将一个邻近的星系确定为中微子的宇宙源，这只是这个令人激动的新领域的开始，它有望深入了解大质量黑洞的未被发现的力量和宇宙的其他基本属性。"

NGC 1068星系也被称为Messier 77，是迄今为止人们最熟悉和研究最深入的星系之一。这个星系位于4700万光年之外--从天文学的角度来看很近--用一副大型双筒望远镜就可以观察到。

与我们的母星系银河系一样，NGC 1068也是一个条形螺旋星系，有松散的旋臂和一个相对较小的中央隆起。然而，与银河系不同的是，NGC 1068是一个活跃的星系，其中大部分辐射不是由恒星产生的，而是由落入黑洞的物质产生的，其质量比我们的太阳大几百万倍，甚至比银河系中心的非活跃黑洞还要大。

从NGC 1068方向探测到的大约80个过量的中微子是在改进分析技术和重新处理数据之后发现的--这项工作由WIPAC的冰立方研究人员领导。在冰立方看到的揭示中微子相互作用的模型采用了新的计算技术，可以更好地测量每个中微子的传入方向，以及通过机器学习对中微子能量进行更准确的测量。

佐治亚理工学院的物理学教授、冰立方合作组织的发言人Ignacio Taboada表示，这一最新结果与之前在2020年发表的关于NGC 1068的研究相比有了很大的改进。

Taboada说："这种改进部分来自于增强的技术，部分来自于对探测器校准的精度升级。探测器操作和校准团队的工作使得更好的中微子定向重建能够精确地定位NGC 1068并实现这一观测。"

华盛顿大学麦迪逊分校的物理学教授Albrecht Karle正在领导升级目前的冰立方观测站的工作，他说NGC 1068的探测对中微子天文学的未来来说是"好消息"。这意味着有了新一代更敏感的探测器，将会有很多东西可以发现。他还在领导开发下一代中微子观测站，作为南极现有设施的延伸和技术升级而建造。

Karle说："未来的第二代IceCube-Gen2观测站不仅可以探测到更多的这些极端粒子加速器，而且还可以在更高的能量下研究它们。"

在探测到来自NGC 1068的几十个中微子之前，冰立方的科学家们已经报告了对一个高能天体物理中微子源的首次观测。该源是TXS 0506+056，一个位于猎户座左肩外的约40亿光年外的炽热星体。NGC 1068的观测结果表明，还有更多的天体中微子源有待于发现。

"冰立方之前已经发现宇宙中的中微子在发光，而这种发光的来源一直是一个令人兴奋的谜，"华盛顿大学麦迪逊分校的物理学教授、冰立方的成员贾斯汀-范登布洛克说。"NGC 1068提供了这一难题的一个关键部分，但只能解释总信号的大约百分之一。一定还有许多其他的中微子源，而且很可能还有其他类型的源，等待我们去发现。"

揭开被遮蔽的宇宙的面纱才刚刚开始，中微子将引领天文学的一个新的发现时代。

推荐DIY文章