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来自我们自己星系内部的高能中微子暗示宇宙射线的起源

  • 2023-06-29
  • Scien

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,以接近光速的速度发射它们。

我们可能最终接近确定它们的起源。

对10年收集的数据进行重新分析已返回迄今为止最确凿的证据来自我们银河系中心的排放物指向。

意大利国家实验室的物理学家路易吉·安东尼奥·福斯科(Luigi Antonio Fusco)写道:“确认这一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。”萨勒诺大学,在对这一发现的看法发表于科学。

它还为我们提供了银河系的第一张中微子图,以及观察银河系平面的新方式。

银河系中心的多信使视图:1)光学视图,2)伽马射线的积分通量; 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 探测器对级联类中微子事件的接收进行卷积; 5)使用银道面同一频带内的级联中微子事件样本进行全天扫描点状源的预试验意义。 (冰立方合作)

可怜的古老地球不断地被从银河系某个地方射出的质子和带电原子核的宇宙子弹所覆盖,并被强大的场加速到疯狂的速度。追踪许多人的来源实际上远非直截了当。

“带电的宇宙射线粒子不适合研究宇宙射线源,”未参与这项研究的澳大利亚国立大学实验粒子物理学家 Lindsey Bignell 告诉 ScienceAlert。

“它们受到磁场的影响,因此不会从它们的源头直线传播到我们。”

我们或许可以通过一种方法追踪他们的踪迹。我们可以寻找大块宇宙粒子冲入星际介质中的气体和尘埃时留下的大屠杀痕迹。

这些原子粉碎的产物之一是一对夸克和反夸克,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,我们可以从远处轻松看到。

捕获高能光子已经提供了银河系宇宙射线可能产生的粗略地图,尽管很难排除伽马射线的其他来源,例如也会撞击物体的高能电子。

中性π介子衰变时发射伽马射线,带电介子产生了一些不同的东西——高能电子中微子。

在存在的边缘闪烁,赋予它们“幽灵粒子”的古雅称号。它们几乎没有质量,也没有电荷来表明它们的存在,它们可以以接近光速的直线路径飞行,只有当它们碰巧遇到原子核时才会停下来。

在地球上发现此类碰撞需要令人难以置信的耐心,但像 IceCube 这样的孤立设施已经积累了多年的观察结果。只有一个问题——中微子来自多种其他来源,例如我们自己的大气层。

冰立方实验室与银河出现在低极光的背景中。 (牧野佑哉,IceCube/NSF)

比格内尔告诉《ScienceAlert》:“为了在这项研究中看到来自银河平面的天体物理中微子,作者首先需要克服大气中微子的背景。”

“作者通过排除大气中微子的主要类型——μ子中微子来减少这种背景。μ子中微子产生独特的直线轨迹,这使得可以轻松重建中微子天文学所需的粒子方向。”

过去试图从天体物理起源的中微子产生的轨迹中筛选出这些直线轨迹,但一直难以提供任何接近的结果。。

因此,IceCube Collaboration 的研究人员尝试了一些不同的做法,将学习我们大气中的μ子中微子产生的直线轨迹特征以及遥远宇宙射线碰撞产生的“电子”型中微子的任务交给计算机。

冰立方中微子观测站。 (冰立方/美国国家科学基金会)

“作者使用改进了他们之前的数据分析方法,这使他们能够在数据集中包含 20 倍以上的事件,并提供更好的方向信息,”Bignell 说。

对 IceCube 数据的新分析成功地发现了从银河系中心发出的中微子扩散发射,统计显着性约为 4.5 西格玛。通过一些调整和更多的数据,甚至可以解决发光中的细节,为我们提供一种新的宇宙视野。

尽管距离“5西格玛物理学家们寻求的是为了自信地接受一个可靠的发现(嗯,尽可能可靠),这些结果代表了使用中微子作为绘制我们的宇宙的手段的一个里程碑。

可见光曾经是我们研究天空的唯一方法,而现代科学现在拥有一长串可供使用的工具,从低能无线电发射的安静到高能光子,再到非常高能的光子。。

我们即将以一种全新的方式看待现实,利用几乎不存在的粒子来看待我们曾经几乎想象不到的事物。

这项研究发表于科学。

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