科技 新浪科技 天文學家可能已經追蹤到穿過地球的神秘高能粒子的來源

天文學家可能已經追蹤到穿過地球的神秘高能粒子的來源

新浪科技 2018-07-13 11:15

  據外媒The Verge報道,天文學家可能已經發現了去年直接穿過地球的神秘高能粒子的深空起源。被稱為中微子的微小粒子似乎來自距離地球40億光年的一個活躍的黑洞。這是研究人員首次確定其中一種高能中微子的可能來源,使科學家們更接近於找出產生這些奇怪輕質粒子的物體。

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  此前在南極附近工作的研究人員發現南極冰層中存在超高能中微子。這些快速移動的粒子通常會穿過類似地球的星球,而不會留下它們的痕迹。但位於南極的「冰立方」(IceCube)探測器卻探測到了這種超高能中微子的蹤跡

  研究人員發現了中微子可能的來源:一個過度活躍的星系,其中心有一個超大質量黑洞。這種星系實際上被稱為耀變體blazar,這意味著它的黑洞核心朝著地球方向噴射輻射(和其他東西)。周四在《科學》雜誌上發表的兩篇論文中詳述了這一發現,充分證明了中微子起源於這個黑洞。

  如果知道中微子的來源,科學家們就可以將它們作為探測宇宙的工具。人們認為中微子出現在宇宙中一些最極端的天體內,如垂死的恆星、黑洞和碰撞的星系。「通過尋找中微子,我們可以更多地了解這些天體內部的情況,」 阿拉巴馬大學物理和天文學副教授、以及IceCube團隊成員之一Dawn Williams告訴The Verge。「這可以增加我們對這些天體的認識,這些天體仍然是研究的主題。」

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  然而,利用中微子的力量是很困難的,因為它們被認為是宇宙中一些最隱秘的粒子。它們是我們所知道的最輕的基本粒子,。但與其他粒子(如電子或質子)不同,中微子沒有電荷,所以它們不受磁場之類的影響。中微子可以直線穿過宇宙,覆蓋很遠的距離,而不會偏離它們的路線。它們非常小,只能穿過行星、恆星和星系。

  天文學家認為,中微子是在核聚變反應等劇烈能量過程中產生的,核聚變反應會使這些粒子以接近光速的速度向外流動。人們還認為,宇宙中的大多數中微子都是在大爆炸之後產生的,現在已經滲透到宇宙中。在這兩項新研究之前,科學家們知道經常襲擊地球的中微子的三種不同來源。科學家猜測這些粒子可能來自太陽內部核反應或來自地球大氣層。此外,來自銀河系之外的其他種類的高能粒子可能可以進入大氣層,將分子分解成碎片並在地球上產生中微子「陣雨」。僅在1987年,天文學家就發現了來自我們銀河系外的超新星的過多中微子。

  由於中微子是如此隱蔽,天文學家需要一種非常特殊的探測器才能找到這些粒子。其中一個最好的設施是靠近南極的IceCube Neutrino天文台。它由嵌入冰蓋的數千個光敏管組成,能夠測量實際與地球發生碰撞的非常罕見的中微子。「它們的互動概率非常小,」 馬里蘭大學物理學教授、IceCube團隊成員Erik Blaufuss告訴The Verge。「這就是為什麼我們必須在南極建造這樣一個大型儀器。」每隔一段時間,一個中微子會撞到原子。當發生這種情況時,它基本上會摧毀原子的原子核,從而產生透過透明冰層的藍光。探測器可以檢測到這種藍光。根據路徑,IceCube可以計算出中微子的能量及其行進方向。

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  在2013年,天文學家注意到他們探測的粒子能量比太陽產生的粒子能量高出數百萬倍。這些高能中微子也比其他類型更為罕見。研究人員強烈懷疑這些中微子來自我們的太陽系和星系之外。IceCube團隊決定回顧他們的檔案,看看是否有更多的證據支持這一點。他們發現,在2014年至2015年之間,探測器已經從同一天空區域檢測到了一堆中微子。所有這一切都沒有直接證明其源自耀變體,但到目前為止它仍然是最好的解釋。「我們需要做更多的觀察才能獲得更具統計意義的發現,」Williams表示。「但這一切都非常令人興奮,我們以前從未見過伽瑪射線和中微子之間的關聯。」

  IceCube團隊希望利用多通道天文觀測系統等確定中微子的來源。「通過提供在特定時間專註于特定天空的能力,我們提高了設施的靈敏度,並增加了探測的機會,」 賓夕法尼亞州立大學天文學副教授Derek Fox表示。

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