首次发现了宇宙另一端发光星系发出的超高能中微子


布拉扎尔如何加速质子产生质子的艺术表现,质子又产生中微子和伽马射线。 中微子总是强子反应的结果。 伽马射线可以同时出现在强子和电磁相互作用中。

科学的最大奥秘之一是不仅定义宇宙中存在的物体,而且定义我们在地球上固定的信号源。 一百多年来,我们已经知道宇宙射线使宇宙low绕:高能粒子,其来源远远超出了银河系的边界。 尽管已经发现了这些粒子的某些来源,但其中大多数(包括能量最高的粒子)仍然是个谜。

因此,这种情况已经改变。 2017年9月22日,IceCube合作发现了超高能中微子到达南极,并能够确定其来源。 当几台在伽马范围内操作的望远镜对准同一点时,他们不仅看到了信号,而且还识别了此时正在闪烁的障碍物 。 最后,人类发现了至少一种产生这些超能宇宙粒子的来源。


当黑洞吞噬物质时,它们会形成一个吸积盘,并从垂直于它的两极喷出。 当一束超大质量的黑洞指向我们时,我们称其为“大爆炸”,在特定情况下,它是BL蜥蜴的目标。 现在,它们被认为是宇宙射线和高能中微子的主要来源。

无论我们在哪里看,宇宙中都充满了可以观察到并且可以与之互动的事物。 物质崩溃,形成星系,恒星,行星甚至人类。 辐射流过整个宇宙,覆盖了整个电磁频谱。 在每立方厘米的空间中,您可以找到数百个幽灵粒子,其质量很小,被称为中微子。

至少,如果它们与正常物质经常相互作用,我们就知道该如何对付,才能发现它们。 但是相反,中微子可以穿过铅壁,厚度只有一光年,并且有可能与任何等于50/50的粒子发生碰撞。 在1930年假定它们存在几十年后,我们找不到了。


实验性RA-6核反应堆,显示出特征性的契伦科夫辐射是由粒子在水中运动的速度快于光引起的。 中微子(或更确切地说是反中微子)的存在的假设最早是由保利于1930年提出的,并于1956年在类似的核反应堆中被发现。

1956年,我们首先通过将探测器放置在离核反应堆几米的核反应堆旁发现了它们。 在1960年代,我们建造了足够大的探测器-地下,免受其他污染颗粒的侵袭-来发现太阳中出现的中微子以及宇宙射线与大气的碰撞所产生的中微子。

然后在1987年,只有我们附近超新星爆炸的形式带来的令人惊喜的惊喜,使我们得以发现从那里飞来的中微子。 为了完全不同的目的而进行的实验,从SN 1987A中发现了中微子,并开创了多个使者的天文学时代。 据我们所知,中微子以与光速无法区分的能量飞过宇宙。


位于距我们165,000光年的麦哲伦星云中的1987a超新星的遗迹。 中微子到达第一个信号之前几个小时到达的事实,比起中微子的运动速度,更能告诉我们光通过恒星层传播所花费的时间,这与光速没有区别。 显然,中微子,光和重力以相同的速度运动。

在大约30年的时间里,这个超新星产生的中微子是唯一确认的中微子,它来自太阳系之外,更不用说银河系的范围了。 但这并不意味着我们不接受其他来源的中微子。 这仅表示我们无法可靠地将它们与天空中的任何已知来源进行比较。 尽管中微子对物质的反应非常弱,但是反应的可能性随着能量的增加而增加。

IceCube天文台在这里发挥作用。


IceCube天文台是同类中的第一个中微子天文台,其设计目的是在南极冰层下观测这些难以捉摸的高能粒子。

在南极冰层的深处,IceCube内部是一个立方公里的固体物质,可帮助找到这些几乎无质量的中微子。 当中微子穿过地球时,总是有机会与中子发生反应。 相互作用将导致出现颗粒状的花洒,这应在检测器上留下清晰的痕迹。


中微子如何通过发出次级粒子-介子-以相对论速度在冰中移动并留下蓝光的痕迹来说明中微子如何与冰分子反应

在IceCube运行的六年中,探测器已经探测到80多个能量超过100 TeV的高能空间中微子:这比大型强子对撞机上任何粒子所达到的最高能量值高10倍以上。 其中一些甚至接近PeV尺度,所产生的能量比制造当今已知的最重的基本粒子所需的能量大一千倍。



尽管所有这些来自中空的中微子都到达了地球,但直到现在我们仍无法将它们与天空中的一个源进行比较,我们肯定会知道其位置。 这些中微子的发现是一个了不起的成就,但是除非我们能够在一个真实的,可观测的宇宙物体中进行比较,否则我们将无法理解它们是由什么过程产生的,例如,我们也可以在电磁辐射中观察到它们。


当中微子与纯南极冰粒子相互作用时,它会产生次级粒子,当其穿过IceCube时会留下蓝光的痕迹

理论家提出想法没有问题,例如:
  • 超新星,最明亮的超新星物种,
  • 伽玛射线闪烁
  • 黑洞耀斑
  • 类星体,是宇宙中活动的最大黑洞。

但是要解决这个问题,需要证据。


在IceCube上检测到的高能中微子的一个例子:2014年,一个4.45 PeV中微子与检测器相撞。

当发现每个超高能中微子后,IceCube就会跟踪并发布报告。 2017年9月22日,观察到另一种此类现象:IceCube-170922A。 在报告中,科学家宣布了以下内容:

2017年9月22日,IceCube检测到一个非常高的能量事件,很可能具有天体物理学的来源。 极高能量(EHE)检测到此事件。 IceCube处于正常操作模式。 EHE事件通常与位于检测器外部的相互作用峰相关,在该相互作用峰中,产生了一个μon子,该μ子以高水平的[能量]穿过检测器的体积。


宇宙射线会导致大气中的粒子冲淋 ,与质子和大气原子相撞,并由于契伦科夫辐射而发光。 观察到天空中的宇宙射线和到达地球的中微子,我们使用巧合来揭示这两种现象的来源。

这个事业不仅对中微子粒子很有趣,而且对宇宙射线也很有趣。 尽管在过去的一百年中我们观察到了数百万个高能宇宙射线,但我们不知道其中大多数的来源。 质子,原子核和中微子都是如此,无论是在其来源中还是在大气中产生的。

这就是为什么如此有趣的原因,除了警告这种现象外,IceCube还发布了这些中微子应该来自的天体坐标
  • RA:77.43度(-0.80度/ + 1.30度90%PSF密闭度)J2000
  • 12月:5.72度(-0.40度/ + 0.70度90%PSF密闭度)J2000

他们引导观察者试图在电磁光谱中进行后续观察。


星系活动核心的艺术形象。 吸积盘中心的超大质量黑洞将高能物质的狭窄喷流送入垂直于吸盘的空间。 距离我们40亿光年的布拉扎尔已成为这些宇宙射线和中微子的来源。

事实证明这是一个大问题:处于活动状态的超大质量黑洞,以物质为食,并将其加速到令人难以置信的速度。 Blazars是相同的类星体,但有一个重要的区别。 类星体可以在任何方向上定向,并且在布拉扎尔,其中一架喷气机总是直接引向地球。 它们从“火焰”一词被称为“燃烧器”,意思是“发光,明亮燃烧”-它们直接朝着我们的方向发光。

这种特殊的大火被称为TXS 0506 + 056 ,许多天文台,包括NASA的费米天文台和加那利群岛的MAGIC地面望远镜,立即检测到它发出的伽玛射线。


去年9月,地球和太空中约20个观测站使用中空探测器探测到的中微子探测轨迹进行了观测。 这使得确定科学家认为什么是高能中微子以及宇宙射线的源成为可能。 除中微子外,还对整个电磁波谱进行了伽马,X射线,光学和无线电范围的观测。

另外,在中微子到达时,事实证明,大爆炸物处于辐射状态,对应于用于这种物体的最活跃的粒子发射。 由于粒子弹射有高有低,因此IceCube研究人员梳理了2017年9月22日爆发之前十年观测的记录,以寻找可能来自TXS 0506 + 056的任何与中微子有关的事件。

他们立即发现中微子经过数次闪烁而从这个物体发出,并持续了许多年。 通过将中微子的观测与电磁范围内的观测相结合,我们可以可靠地得出结论,高能中微子是来自blazar的,并且即使在如此遥远的距离,我们也有能力检测到它们。 TXS 0506 + 056距离我们40亿光年


Blazar TXS 0506 + 056是第一个确认的高能中微子和宇宙射线源。 该图显示了猎户座星座左肩上天空中大的位置。

通过对具有多个“信使”的事件的一次观察,可以获取大量信息:
  • 已经证明,天体是宇宙射线的至少一种来源。
  • 为了出现中微子,需要衰变的牡丹,这是由于快速移动的质子而出现的。
  • 黑洞加速质子加速的第一个令人信服的证据。
  • TXS 0506 + 056是宇宙中最明亮的光源之一。
  • 伴随的伽马射线表明,宇宙中微子和宇宙射线至少有时会具有共同的来源。


高能天体来源发出的宇宙射线可以到达地球表面。 当宇宙射线与地球大气粒子碰撞时,会产生粒子簇,我们可以使用地面传感器阵列进行检测。 最后,我们揭示了它们的主要来源。

IceCube中微子观测站的研究负责人Francis Halzen表示:
有趣的是,在天体物理学界普遍存在这样的观点,即:天体几乎不能被视为宇宙射线的来源-这就是……能够在世界范围内建立望远镜并在多种波长下发现的能力以及像IceCube这样的中微子探测器的出现标志着一个新的里程碑。科学家称之为“多信使天文学”。

几个使者的天文学时代已经正式到来,现在我们有了三种完全独立的互补方式来观察天空:使用光,中微子和引力波。 我们了解到,曾经被认为不可能产生高能中微子和宇宙射线的大爆炸实际上会同时产生。


艺术家对远程类星体3C 279的想法。从两极发出的喷射流是一种普遍现象,但是这种喷射流直接指向我们非常罕见。 发生这种情况时,我们将得到大爆炸-正如现在所证实的那样,这是我们多年来观察到的宇宙射线和高能中微子的来源。

伴随着这一发现,高能中微子的天文学正式启动了一个新的科学领域。 中微子不再是其他相互作用的副产品,也不是几乎不延伸到太阳系之外的太空奇迹。 现在,我们可以将它们用作宇宙和物理学定律的基础探究。 IceCube构造的主要目标之一是确定高能空间中微子的来源。 通过确认Blazar TXS 0506 + 056是这些中微子和宇宙射线的源头,终于实现了许多人的宇宙梦想。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN417185/


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