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天文学家首次在牛奶路上探测到高能中微子

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-03-27 01:12:11    来源:本站    作者:admin    浏览次数:61    评论:0

  

  

  我们已经学会了用很多不同的方式来观察银河系。当然,传统的望远镜使用的是可见光,但这只能让我们看到这么远的地方。最终,物体太远,气体和尘埃等障碍物阻碍了我们的视线。这就是为什么我们使用不同的,更强大的仪器。

  例如,詹姆斯·韦伯太空望远镜利用红外线窥视浩瀚的宇宙,效果非常显著。然而,即使是JWST也有其局限性。在某一点上,我们只能光看到这么多东西。

  然而,有一种亚原子粒子诞生于一些最混乱和极端的天文事件中,科学家们相信它可以为一种全新的看待太空的方式打开大门:中微子,或者更通俗地称为“幽灵粒子”。这样叫是因为它很小。事实上,中微子是如此之小,无处不在,在你没有意识到的情况下,现在有100万亿个中微子正在穿过你的身体。

  中微子是由自然放射性衰变产生的,比如太阳上不断发生的核反应,甚至是一根老香蕉中钾元素分解的更普通的过程。然而,天体物理学家已经能够探测到强大的高能中微子,他们认为这些中微子来自超新星和恒星碰撞等剧烈的天体物理事件。这些可以用来比以往任何时候都更深入地观察我们的星系。

  也就是说,如果我们能把它们从已经轰击地球的所有其他中微子中区分出来。

  加拿大金斯敦皇后大学的粒子天体物理学家Nahee Park在接受《每日野兽》采访时表示:“我们探测到的这种粒子的最低能量已经高于我们预计从太阳中看到的最高能量粒子。”她补充说,它的能量是恒星产生的能量的10亿多倍。

  The above-ground portion of the IceCube Neutrino Observatory along with the first-ever neutrino-ba<em></em>sed image of the Milky Way.

  冰立方合作(Yuya Makino)/美国国家国家科学基金

  Park最近帮助领导了一个天文学小组,利用冰立方中微子天文台(位于南极洲),与马里兰大学的博士后天体物理学家Michael Larson一起,作为一个由350多名科学家组成的国际小组的一部分,他们一直在研究我们如何使用中微子来观察银河系。

  该团队周四宣布,他们已经成功地使用冰立方探测到银河系中的高能中微子。这一发现为观察我们周围的宇宙开辟了一条全新的道路。该小组在6月29日的《科学》杂志上发表了一篇关于他们发现的论文,其中甚至包括有史以来第一张通过幽灵粒子观测到的银河系图像。

  “这是中微子天文学的一大步,”拉尔森告诉《每日野兽》。“几十年来,我们已经从天体物理来源了解了营养物质。很久以前我们就看到了来自太阳的中微子。这是我们第一次真正能够从银河系中确定中微子的来源。”

  An artist's composite image of a photo of the Milky Way captured with visual light along with the first-ever neutrino-ba<em></em>sed image of the Milky Way overlaid in blue.

  冰立方合作/美国国家国家科学基金会(Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)

  想象你面前有一个盒子。它被胶带封住了,所以如果你想知道盒子里装的是什么,你必须拿出美工刀或剪刀把胶带撕开,然后打开它。

  然而,如果你有一台x光机,看到盒子里面就容易多了。穿过密度相对较小的盒子的波长可以让你看到盒子里面的东西,就像你直接穿过盒子一样。

  然而,把那个盒子放在一个更大的铅盒子里,那台机器什么也做不了。这是因为铅的密度很大,当x射线试图穿过它时,它会吸收它。所以很难透过盒子看到东西。

  但是,如果盒子里有中微子的来源,那么所有的赌注都作废了。

  “中微子实际上比x射线更强大,因为它们基本上可以穿透一切,”参与这项研究的冰立方中微子天文台的实验物理学家和宇宙粒子研究员丽莎·舒马赫告诉《每日野兽》。“要阻挡一个中微子,肯定需要一光年的铅。”

  Two images of the Milky Way galaxy. The top is captured with visible light and the bottom is the first-ever captured with neutrinos and is blue.

  冰立方合作/美国国家国家科学基金会(Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)

  这还只是针对低能中微子,比如来自太阳的中微子。如果中微子来自更强大的来源,比如中子星或黑洞的碰撞,它们就会变得高能量,因此更难被掩盖。

  这就是天文学家对这种粒子如此感兴趣的原因。他们将能够把像冰立方中微子天文台这样的传感器指向天空,并从银河系中一些最强大的事件中接收到中微子信号,这些事件释放出宇宙射线和幽灵粒子,供科学家拾取。

  但请记住:有很多中微子同时撞击任何地方的任何东西,所以它实际上就成了大海捞针。

  拉尔森解释说:“地球不断受到这些宇宙射线的轰击,产生了所谓的空气阵雨。”“它实际上是宇宙射线撞击我们的大气层,产生可以到达并真正穿透地面的粒子雨。它们很难摆脱,因为它们太多了。”

  冰立方团队求助于机器学习来分离信号和噪音。这个算法让他们能够分辨出来自星系的高能粒子到底是什么。

  “我记得当这个算法(首次开发和呈现)时,每个人都说,‘不,这不可能是对的。它太棒了,’”舒马赫回忆道。“所以这实际上是为什么花了这么长时间才得出结果并发表的原因之一。我们想要确定这是正确的。”

  虽然这一发现意义重大,标志着研究宇宙的新方法,但研究小组很快指出,这只是一个开始。要了解天文学家现在可以从星系观测到的信号,并有一天确定其来源,还需要做更多的工作。这不仅需要完善其背后的科学,还需要升级和扩展冰立方中微子天文台(IceCube Neutrino Observatory)等技术。

  这意味着在世界各地建立新的天文台,以便能够覆盖我们头顶上更大的天空。这也意味着通过人工智能建立更好的方法来分离信号和噪音。

  如果没有别的,这个新发现是一个很好的理由,让我们每隔一段时间就抬头看看夜空,想想我们是如何试图用新的眼光来看待它的。

  “这真的很令人兴奋,”Park说。“这真的为我们打开了一扇门,让我们了解高能粒子是如何产生的,以及它们是如何在我们的星系中相互作用和移动的。”

 
(文/admin)
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