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南极冰层下发现中微子 揭示不寻常信息
www.creaders.net | 2022-11-08 16:03:30  大纪元 | 0条评论 | 查看/发表评论
 

  一个埋藏在南极冰层中的巨大观测台帮助科学家们捕捉到如幽灵一般的中微子,并将其来源追溯到一个距离地球约4700万光年的星系中心,为研究暗藏其中的超大质量黑洞提供了一种新方法。 

南极冰层下发现中微子 揭示不寻常信息

  位于美国阿蒙森-斯科特南极站的IceCube实验室

  根据11月3日发表在《科学》杂志(Science)上的一项新研究,中微子正从一个名为Messier 77(M77)的螺旋形星系中心向地球飞来。在那里,一个物质和辐射密集的区域围绕着一个质量为太阳数百万倍的黑洞。

  M77所处的位置,被黑洞周围的尘埃和气体遮蔽,以至于用光学望远镜从地球上观察时看不到,

  该国际研究的发言人、乔治亚理工学院物理学教授伊格纳西奥‧塔博阿达(Ignacio Taboada)说:“我们从侧面观察这个星系,发现黑洞隐藏在绕其运行的物质后面。”

  研究人员说,中微子——宇宙中最丰富和高能的粒子——穿过这样的气体和尘埃时却不受影响,因其少与其它东西相互作用,包括磁场、物质或重力。这种幽灵般的特性为科学家们提供了一种前所未有的方法,来探测黑洞周围发生的情况,包括它如何加速附近的超高温带电气体和物质。

  “中微子是观察宇宙的另一种方式。每次你以新的方式观察宇宙时,你都会学到一些用旧方法无法学到的东西。”塔博阿达说。

  参与这项研究的密歇根州立大学博士后助理汉斯‧尼德豪森(Hans Niederhausen)说,中微子保留了其产生时所留下的信息,包括其能量。相同的能量随着中微子一起被带到地球。

  尼德豪森说,既然我们已经知道这些中微子的来源,研究人员已经开始研究它们以更好地了解在M77内产生并加速这些中微子的相互作用,以及黑洞本身的行为和性质。

  他们还计划梳理在宇宙中来自其它星系的中微子,这些星系具有类似于M77的活跃超大质量黑洞。这个星系“让我们非常清楚下一步该朝哪里观测,”他补充道。

  研究中使用的中微子探测望远镜又叫“冰立方中微子观测台”(IceCube Neutrino Observatory),埋在美国阿蒙森-斯科特南极站周围的10亿吨冰层中。当中微子穿过地球时,偶尔会与冰中的原子发生碰撞。观测台的五千多个篮球大小的传感器可以检测这些罕见碰撞产生的副产品,并将这些数据发送到地表的计算机。

  这个耗资2.79亿美元的观测台主要由美国国家科学基金会资助,于2011年完工,每年可探测到大约10万个中微子。

  观测台探测到的几乎所有这些中微子都产生于地球大气中,但观测台每年也检测到大约数百个来自太阳系以外的中微子——它们为称作“天体物理中微子”。

  由于中微子可以穿透物质而不受影响,所以会从其产生地点准确无误地以直线传播。因此,通过绘制天体物理学中微子穿过冰层的行进方向,研究人员可以重建其穿越宇宙返回源头的路径。

  来自逾50个机构的近400名科学家组成了国际冰立方合作项目,分析了观测台在2011年至2020年期间收集的数据,以确定有79个中微子来自M77星系。

  没有参与这项研究的伦敦帝国理工学院(Imperial College London)物理学教授内田耀司(Yoshi Uchida)博士说,“这一天观测在运行了10年之后,把针对中微子的观测变成了另一个信息来源。”

  塔博阿达说,他认为研究将继续从这个星系中获得更多的中微子。美国威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家、兼项目首席研究员弗朗西‧哈尔岑(Francis Halzen)表示,未来的探测不仅可以帮助解析有关M77超大黑洞的更多细节,还可以帮助回答“天文学中最古老的问题”。

  一个多世纪以来,科学家们已知宇宙射线的存在——高能质子流和原子核以接近光速运动,并在撞击地球大气层时产生电磁辐射和亚原子粒子阵雨。但是这些射线来自何方?是什么机制加速并将其发送到地球的方向,谜团仍旧未解。

  “宇宙中的某些东西猛踢了它们一脚,让其跑得飞快,”尼德豪森谈到宇宙射线时这么说。

  中微子是宇宙射线与高能物体(如超大黑洞)周围的物质和辐射相互作用的副产品,因此,哈尔岑和塔博阿达说,将幽灵粒子追溯到其源头或可协助解决宇宙射线的起源问题。

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