@ 2018.07.15 , 09:01

科学家发现了超高能中微子的来源

终于,科学家们找到了来自银河系外的高能宇宙中微子的诞生之所。

这些神秘的中微子,被媒体称之为“幽灵粒子”,经历了40亿光年的旅程才到达地球。去年9月,科学家确定它们来自一种精力极其充沛的天体——耀变体blazar。

这是一个惊人的发现,不仅证实了存在作为高能中微子来源的耀变体高能喷发现象,而且还开创了一个崭新的研究领域:多信使中微子天体物理学——使用不同类型的探测器汇集数据来研究同一现象。

同样的技术之前也被用于描绘中子星碰撞这一令人难以置信的研究项目中。

自2012年位于南极冰层下的中微子探测器“冰立方(IceCube)”首次检测到超高能中微子以来,它始终一个棘手的难题。

科学家发现了超高能中微子的来源
IceCube,美国国家科学基金会(NSF)

亚原子粒子都很古怪,但中微子则是另类中的另类。

它们的质量几乎为零,以接近光速行进,并且不与正常物质相互作用;对于中微子来说,宇宙中的一切就像是一层幻象,可以被轻易穿透。

此时此刻,数十亿的中微子穿过了你的身体,却对你毫无影响。这就是为什么叫它们“幽灵粒子”。

然而,这并不意味着它们完全无法与正常物质相互作用。幸亏如此,IceCube才能检测到它们。中微子可以与冰相互作用并产生闪光。

IceCube探测器埋藏在冰层之下,在黑暗中可以探测到这些光子。

到目前为止,IceCube已经发现了好几个卓尔不群的中微子。它们比正常的中微子更有活力。

1987年,科学家从银河系银晕(sn1987a)超新星中发现的中微子的能量达到36兆电子伏特。 2012年,IceCube发现的超高能中微子的能量是这一数值的1亿倍。

去年9月发现的中微子的能量略低于3000万亿电子伏特,但仍然远远超过周围别的粒子。并且,因为我们没有在其余的位置找到高能中微子的痕迹,这意味着它们是以直线行进到地球的。

所以,全世界数百名科学家组成的团队往上追溯就找到了这种亚原子粒子的起点。

他们追溯到40亿光年远的地方,一处被称为TXS 0506 + 056的天体,就在猎户座的肩膀上——这一发现意味着与之相关的主要由质子和原子核构成的高能宇宙射线,也来自此处。

耀变体是一种类星体,是星系中央的巨大黑洞吸积大量物质而产生的剧烈天文现象。黑洞将吸收物质的引力能,或者自身的角动量,并转化成恐怖的相对论喷流。如果喷流指向地球,那对我们来说,天空中就出现了一个耀变体。

巧地是,TXS 0506 + 056所在平面与银河平面相对倾斜,所以从黑洞的极区射出的一条喷流正好指向地球的方向。

已知宇宙深处有数千种高能量天体,但它们成为高能中微子来源的可能性相对较低。

当2017年进行实时检测时,科学家们要时刻保持高度警惕。需要与NASA的轨道费米伽马太空望远镜和加那利群岛的大气伽马成像切伦科夫望远镜(MAGIC)建立良好的联动——要求他们同时观测对应天体的活动。

他们确实检测到了源自TXS 0506 + 056的高能伽马射线活动。

所有大量的工作合在一起,表明耀变体是超高能量中微子和宇宙射线的第一种已知的加速器。

具体内容,详见13日出版的Science。该刊物将其选做封面文章。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

据中科院介绍,最早规划IceCube的Francis Halzen是一名理论物理学家,缺少必要的实验常识。没有考虑到冰层中存在大量的气泡会造成光子的散射,因而无法确定中微子的方向。幸运的是,建好之后,实验物理学家发现,南极冰层下的冰极度致密,完全没有气泡……现在,Halzen已被看作是未来诺贝尔物理学奖得主的有力竞争者。


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