这⼀次,我们看到了不⼀样的银河系

作者: 不⼆北⽃

来源: https://theconversation.com/a-neutrino-portrait-of-our-galaxy-reveals-high-energy-particles-from-within-the-milky-way-208622

发布日期: 2023-06-30 20:37:41

位于南极洲的冰⽴⽅中微⼦天⽂台第⼀次利⽤中微⼦,绘制出了银河系的全新图像。这项研究由350多名科学家组成的冰⽴⽅国际合作组完成,发表于《科学》杂志上,揭示了银河系内的⾼能中微⼦发射证据。中微⼦是⼀种⼏乎没有质量、难以捕捉的“幽灵粒⼦”,与光和引⼒波⼀样,都是宇宙的“信使”。通过冰⽴⽅中微⼦天⽂台的探测,研究⼈员能够识别出由中微⼦相互作⽤产⽣的微⼩闪光,从而确定中微⼦的⽅向和能量,推测出其起源。这项研究不仅展示了银河系中的中微⼦来源,还证实了科学家先前的理论:宇宙线与星际⽓体和尘埃的相互作⽤会产⽣伽⻢射线和中微⼦。

当我们抬头仰望星空时,那条朦胧的银河光带,总是令⼈敬畏。过去,我们已经通过不同频率的光波,看⻅了多⾯的银河系。但现在,位于南极洲的冰⽴⽅中微⼦天⽂台第⼀次利⽤中微⼦,绘制出了银河系的全新图像。银河系的四幅图⽚,前三幅来⾃射电、可⻅光和伽⻢射线,第四幅是银河系的第⼀张中微⼦图。在新发表于《科学》杂志上的⼀项研究中,由350多名科学家组成的冰⽴⽅国际合作组,为银河系内的⾼能中微⼦发射带来了证据。

中微⼦是⼀种⼏乎没有质量、难以捕捉的“幽灵粒⼦”。与光和引⼒波⼀样,中微⼦也是宇宙的“信使”,它们都能为天⽂学家带来丰富的宇宙信息。在宇宙中的⼀些极端环境下,⽐如⼤质量⿊洞的周围,会产⽣⾼能中微⼦,这些中微⼦能量要⽐在恒星内部聚变反应产⽣的中微⼦的能量⾼出数百到数⼗亿倍。除了⾼能中微⼦之外,这种极端环境还能产⽣另⼀种⾼能粒⼦——宇宙线。

然⽽,⾼能宇宙线的起源⾮常难确定,因为宇宙线是带电的,这意味着它们在太空中的传播路径会被磁场打乱。因此当它们到达地球时,天⽂学家⽆从推测它们来⾃何⽅。与宇宙线不同的是,中微⼦是电中性的,所以它们会以直线的⽅式不受阻碍地穿越空间和物质。因此,假如我们能够探测到中微⼦到达地球的路径,就能推测出产⽣了中微⼦的地⽅。但是,要探测这些中微⼦并⾮易事。冰⽴⽅中微⼦天⽂台是⼀台“奇怪”的望远镜。

它由埋在南极⼀⽴⽅千⽶冰层中的5000多个光传感器组成,主要⽬标就是寻找来⾃银河系和宇宙最深处的⾼能中微⼦的迹象。每时每刻,都有海量的中微⼦在穿过地球,但只有极⼀⼩部分在穿过地球的途中撞上了某些东⻄。每当发⽣这样的中微⼦相互作⽤时,都能产⽣微⼩的闪光,⽽这些闪光正是冰⽴⽅的传感器所要寻找的信号。通过探测到的光的数量和模式,研究⼈员就可以确定中微⼦的⽅向和能量,进⽽利⽤能量和⽅向来找出中微⼦的起源。

然⽽,要在冰⽴⽅的传感器上识别出由中微⼦相互作⽤产⽣的闪光,是件相当具有挑战性的事。冰⽴⽅每秒记录约2600个事件,但这些事件⼤多来⾃⾼能宇宙线,它们在撞击地球⼤⽓层时,会稳定地产⽣中微⼦。在每年观测到的⼏⼗万个中微⼦中,只有⼏百个来⾃银河系内或银河系外。在此之前,冰⽴⽅的研究⼈员已经发现了两个⾼能中微⼦源,都来⾃银河系之外。其中⼀个源头来⾃⿊洞撕碎伴星,另⼀个则来⾃耀变体。

这些中微⼦距离我们⾮常遥远,但能量⽐银河系内的任何中微⼦都要⾼。不过,科学家们可以通过⼀些技巧,从宇宙线中微⼦和其他宇宙线噪声中过滤出来⾃外太空的中微⼦。他们可以根据能量进⾏分类,更⾼能的中微⼦更有可能来⾃外太空。另外,他们还可以寻找中微⼦群,因为来⾃银河系外的中微⼦往往倾向于聚集在⼀个地⽅。最后,研究⼈员可以从已被其他望远镜探测到的⿊洞等暂现天体物理事件中寻找中微⼦。

在新研究中,研究⼈员通过将10年来探测到的6万多个中微⼦数据输⼊到机器学习算法中,构建出了⼀幅令⼈惊叹的画⾯:飘渺、朦胧的蓝⾊光芒,向我们显示了银河系中的中微⼦来源。这张银河画像结合了可⻅光和中微⼦(蓝⾊部分)的辐射。科学家认为,宇宙线与星际⽓体和尘埃之间的相互作⽤,会不可避免的产⽣伽⻢射线和中微⼦;⽽从这张图像来看,绝⼤多数中微⼦都产⽣于先前检测到了⼤量伽⻢射线的区域,这证实了科学家先前的想法。

此时此刻,我们是⼈类历史上第⼀批以光以外的⽅式看到银河系的⼈。

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