最新研究:中微子是從哪裡來的?

2020-12-23 量子認知

一個由俄羅斯和馬克斯·普朗克射電天文學研究所天文學家所組成的研究團隊,已經接近確定太空中高能中微子的起源。該研究小組比較了南極中微子觀測臺收集到的難以捉摸的粒子和射電望遠鏡測得的長電磁波的數據。南極中微子觀測臺,也稱:冰立方中微子觀測站(英語:IceCube Neutrino Observatory,或簡稱IceCube)是一個位於南極的中微子觀測站,集合了來自十多個國家超過300名科學家投入其中。

事實證明,宇宙中微子與遙遠活躍星系中心的耀斑有關,這些星系擁有超大規模黑洞。當物質落入黑洞時,其中一些物質會加速並噴射到太空中,從而產生中微子,然後以接近光速的速度沿宇宙滑行。

神秘的中微子很小很小,以至於科學家們甚至都不知道它們的質量。它們毫不費力地穿過物體、人甚至整個行星。當質子加速到接近光速時,就會產生高能中微子。

俄羅斯天體物理學家關注了200萬億電子伏特或更高的超高能中微子的起源。該小組將埋在南極冰層中的中微子觀測站設施的測量結果與大量無線電觀測結果進行了比較。發現難以捉摸的粒子出現在類星體中心的射頻耀斑中。

類星體是某些星系中心的輻射源。它們由一個巨大的黑洞組成,該黑洞消耗了漂浮在磁碟周圍的物質,並噴出了非常強大的超熱氣體射流。

該研究論文、第一作者、莫斯科物理技術研究所天文物理學家、亞歷山大·普拉文(Alexander Plavin)說:「我們的發現表明,高能中微子是在活躍的銀河核中產生的,特別是在射電耀斑期間。由於中微子和無線電波都以光速傳播,因此它們同時到達地球。」 。

中微子來自沒有人預料到的地方

在分析了南極中微子觀測站探測到的大約50個中微子事件之後,研究小組表明這些粒子來自行星周圍射電望遠鏡網絡看到的明亮類星體。該網絡使用最精確的方法來觀察無線電波段中的遠距離物體:非常長的基線幹涉測量法。這種方法本質上是通過在全球範圍內放置許多天線來創建巨型望遠鏡。該網絡的最大組成部分是馬克斯·普朗克研究院的100米望遠鏡。

研究小組假設中微子是在射電耀斑中出現的。為了檢驗這一想法,物理學家研究了北高加索地區俄羅斯RATAN-600射電望遠鏡的數據。儘管人們普遍認為高能中微子應該與伽馬射線一起產生,但這一假設被證明是非常合理的。如下面示意圖所示俄羅斯RATAN-600望遠鏡有助於了解宇宙中微子的起源來源。

馬克斯·普朗克射電天文學研究所天文物理學家、論文作者、尤裡·科瓦列夫(Yuri Kovalev)說:「關於高能中微子起源的先前研究一直是在科學家們的研究視線中以尋找它們的來源。」我們嘗試檢驗一個非常規的想法,儘管成功的希望很小。但是我們很幸運,」「國際電波望遠鏡陣列多年觀測的數據使這一發現非常令人興奮,而無線電波段原來是在確定中微子起源方面至關重要。」

「起初,結果似乎好得令人難以置信,但在仔細地重新分析了數據之後,我們確認了中微子事件顯然與射電望遠鏡接收到的信號有關。」 。 「我們根據我們RAS特殊天文臺的RATAN望遠鏡多年的觀測數據,檢查了這種關聯,結果隨機的概率僅為0.2%。這對於中微子天體物理學和我們的發現都是相當成功的,剩下的是需要理論來解釋。」

該研究團隊打算重新檢查發現,並使用貝加爾湖水下中微子探測器(Baikal-GVD)的數據確定類星體中微子起源的機制。貝加爾湖的水下中微子探測器處於建設的最後階段,已經部分運行。其中的切倫科夫探測器(Cherenkov detectors),用於發現中微子。同時,用射電望遠鏡繼續觀察遙遠的星系對這項任務同樣重要。

這項最新科學研究結果發表在最近的《天體物理學雜誌》(Astrophysical Journal)上。

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