银河系内部的高能中微子暗示了宇宙射线的起源

发布时间：2024-01-05 14:39:21 所属栏目：外闻来源：DaWei

导读： 在银河系深处的某个地方，有什么东西在搅动。强大的力量将带电粒子鞭打成充满能量的宇宙射线，并以接近光速的速度发射出来。

一项对南极冰立方中微子观测站（the IceCube Neutrino Obser

在银河系深处的某个地方，有什么东西在搅动。强大的力量将带电粒子鞭打成充满能量的宇宙射线，并以接近光速的速度发射出来。

一项对南极冰立方中微子观测站（the IceCube Neutrino Observatory）10年来收集的数据的重新分析，提供了迄今为止最确凿的证据，证明银河系中心发出的中微子指向了人们长期寻找的宇宙射线来源。

意大利萨莱诺大学的物理学家路易吉·安东尼奥·福斯科（Luigi Antonio Fusco）在《科学》杂志上发表的一篇关于这一发现的文章中写道：“证实这种长期寻找的信号的存在，为我们银河系天体粒子物理学的未来铺平了道路。”

它还为我们提供了第一张银河系的中微子图，以及一种观察银河系平面的新方法。

可怜的老地球不断受到来自银河系某处的质子和带电原子核的“宇宙子弹”的袭击，这些子弹被强大的磁场加速到疯狂的速度。要想追溯它们的源头远非轻而易举。

这是银河系中心的多信使视图：1）光学视图，2）伽马射线的综合通量；3）预期中微子通量的发射模板；4）来自面板3的发射模板与IceCube探测器对级联中微子事件的接受进行了卷积；5）使用星系平面同一波段的级联中微子事件样本，对类点源进行全天空扫描的预审意义。

这些原子碰撞的产物之一是夸克和反夸克的配对，被称为介子。这些短暂配对的中性版本在快速衰变时蒸发成伽马射线闪光，我们从远处就能很容易地看到。

虽然，很难排除伽马射线的其他来源，比如高能电子也会撞击物体，但通过捕捉高能光子，我们可以粗略地绘制出宇宙射线在星系中可能诞生的地图。

中性介子在衰变时也会释放出伽马射线，而带电介子的分解会产生一些不同的东西—— 高能量的电子中微子。

中微子在存在的边缘闪烁，科学家给了它们一个古怪的称号—— “幽灵粒子”。它们几乎没有任何质量，也没有电荷来表明它们的存在，它们可以以接近光速的速度在宇宙中直线飞行，只有在碰巧与原子核正面相遇时才会停下来。

想在地球上观测这样的碰撞，需要极大的耐心，但像冰立方这样的孤立设施已经积累了多年的观测数据。只有一个问题—— 中微子会有各种各样的其他来源，比如我们自己的大气层。

物理学家林赛·比格内尔指出：“为了看到本研究中报告的来自银河系平面的天体物理中微子，研究人员首先需要克服大气中微子的背景。研究人员通过排除主要类型的大气中微子 —— μ子中微子来降低了这一背景。μ子中微子产生独特的直线轨迹，这使得重建中微子天文学所需的粒子方向变得容易。”

过去试图从天体物理起源的中微子产生的轨道中筛选出这些直线轨道，但很难提供任何接近统计意义的东西。

因此，冰立方合作项目的研究人员尝试了一些不同的方法，他们将学习来自我们大气层的μ子中微子产生的直线轨迹的特征，以及由遥远的宇宙射线碰撞产生的“电子”型中微子的任务交给了计算机。

林赛·比格内尔说：“研究人员使用机器学习来改进他们以前的数据分析方法，这使他们能够在数据集中包含20倍以上的事间，并提供更好的方向信息。”

尽管，距离物理学家们所寻求的“5西格玛”（5 sigma）还差一点，但这个结果代表了使用中微子作为绘制宇宙地图的一种手段的里程碑。

曾经，可见光是我们研究天空的唯一方式，而现代科学让我们拥有了有了一系列可供使用的工具，从低能无线电发射的安静到高能光子，再到时空的隆隆声。

我们正处于以一种全新的方式看待现实的边缘，使用几乎不存在的粒子来看到我们曾经几乎想象不到的东西。

（编辑：东莞站长网）

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