最终,科学家们找到了高能宇宙的来源来自我们银河系之外。
2017 年 9 月 22 日探测到的所谓神秘“幽灵粒子”,源自一种名为耀变体的极高能物体,经过 40 亿光年到达我们这里。
这是一项惊人的发现,不仅证实了耀变体是一种高能量来源,同时也建立了一个新的研究领域:多信使中微子天体物理学——利用不同类型的探测器聚集在一起来研究同一现象。
同样的技术也被用于令人难以置信的研究中确认并拍摄了碰撞中子星。
高能河外中微子自从被发现以来一直是一个令人烦恼的谜题2012年首次发现,通过专门的中微子探测器实现冰立方在南极,利用南极冰层的优势。
亚原子粒子很奇怪,但它们并不比中微子。
它们的质量几乎为零,它们以接近光速的速度行进,并且它们并不真正与正常物质相互作用;对于中微子来说,宇宙几乎是无形的。
数十亿中微子现在正穿过你的身体。这就是为什么它们被昵称为“幽灵粒子”。
然而,这并不意味着它们不能与物质相互作用,而这正是 IceCube 所依赖的。时不时地,中微子会与冰相互作用并产生闪光。
IceCube 的探测器深入南极冰层,在黑暗中,可以探测到这些碰撞产生的光子。
到目前为止,IceCube 已经检测到了几个真正引人注目的中微子。它们比正常检测到的能量要高得多,这表明它们一定已经走了很长的距离。
科学家在银河系晕 (sn1987a) 中检测到来自 1987 年超新星的中微子,其能量高达36兆电子伏特。 2012年中微子的能量超过了拍电子伏特能量增加一亿倍。
IceCube 地下传感器中微子检测的可视化。 (冰立方合作)
九月中微子的能量略低于这个值,为 300 太电子伏,但仍然远远超过附近的任何中微子。而且,由于宇宙的其余部分对于中微子来说并不真正存在,这意味着它们总是沿直线传播。
这就是由世界各地数百名科学家组成的团队如何发现这个小亚原子粒子的来源的。
他们将其追溯到 40 亿光年外的一颗名为 TXS 0506+056 的耀变体,就在猎户座的肩膀附近——这一发现意味着相关高能宇宙射线主要由质子组成的和原子核也来自同一个地方。
耀变体是类星体的一种,是一种具有活跃超大质量的星系其核心,在进食时散发出巨大的能量。
但耀变体也有一定的角度,使得银河平面面向我们,并且从黑洞极地区域喷出的一股喷流正好指向我们的方向。
天空中已知有数千个此类高能物体;但它们在高能中微子的可能来源名单上的排名相当靠后。
“有趣的是,天体物理学界普遍认为耀变体不太可能是宇宙射线的来源,而我们就是这样,”威斯康星大学麦迪逊分校物理学家弗朗西斯·哈尔森说,冰立方中微子天文台的首席科学家。
2017年进行实时检测时,科学家们处于高度戒备状态。他们立即开始搜索 IceCube 数据,并在 2014 年底至 2015 年初从同一地点发现了十多个中微子耀斑。
这一发现得到了两台伽马射线望远镜——美国宇航局的轨道费米伽马射线太空望远镜和加那利群岛的主要大气伽马成像切伦科夫望远镜(MAGIC)——的观测结果的支持。
他们检测到源自 TXS 0506+056 的高能伽马射线活动耀斑。
还进行了观察无线电频谱,七个光学天文台对耀变体进行了训练,以观察耀变体的活动。
所有这些巨大的工作加起来表明,这个耀变体现在是第一个已知的最高能量中微子和宇宙射线的加速器。
“所有的部分都组合在一起,”威斯康辛大学麦迪逊分校物理学家阿尔布雷希特·卡勒说。
“我们档案数据中的中微子耀斑得到了独立证实。与其他天文台的观测结果一起,这是令人信服的证据,表明该耀斑是极高能中微子的来源,因此也是高能宇宙射线的来源。”