2月 3, 2023

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IceCube ニ​​ュートリノ解析は宇宙線の銀河発生源の可能性を関連付ける

IceCube ニ​​ュートリノ解析は宇宙線の銀河発生源の可能性を関連付ける

ズーム / 南極のアイスキューブ天文台に輝く宇宙ニュートリノ源の芸術的表現。 氷の下には、ニュートリノ信号を拾う光学検出器があります。

アイスキューブ / NSF

フランスの物理学者ピエール・オージェが提唱して以来、 1939年 誰 – どの 宇宙線 それらは膨大な量のエネルギーを運ぶ必要があり、科学者たちは、地球の大気に降り注ぐこれらの強力な陽子と中性子のクラスターを生成できるものについて頭を悩ませてきました。 そのような発生源を特定する 1 つの可能な手段は、高エネルギー宇宙ニュートリノが地球に向かう途中でたどる経路を元に戻すことです。これは、高エネルギー宇宙ニュートリノが物質または放射線と衝突する宇宙線から発生し、その後ニュートリノとガンマ線に崩壊する粒子になるためです。

科学者 アイスキューブ 南極ニュートリノ天文台は、これらのニュートリノ発見の 10 年分を分析し、活発な銀河が メシエ77 (イカ銀河としても知られている)は、単一の高エネルギーニュートリノエミッターの有力な候補です。 新しい紙 サイエンス誌に掲載されました。 これにより、天体物理学者は、高エネルギー宇宙線の起源の謎の解明に一歩近づきます。

「この観測は、実際にニュートリノ天文学を行う能力の夜明けを表しています」と MIT の IceCube メンバーである Janet Conrad は述べています。 APS物理学. 「私たちは長い間、非常に関心の高い潜在的な宇宙ニュートリノ源を見つけるのに苦労してきました。そして今、それを見ました。私たちは障壁を打ち破りました。」

そのような 事前に通知するそしてその ニュートリノ 光の速度に近い速度で移動します。 ジョン・アップダイクの1959年の詩「コズミックギャル、「ニュートリノの 2 つの最も明確な特徴を称賛します: ニュートリノには電荷がなく、何十年もの間、物理学者はニュートリノに質量がないと考えていました (実際には質量はほとんどありません)。ニュートリノは宇宙で最も豊富な亜原子粒子ですが、相互作用することはめったにありません。私たちは毎秒、何百万もの小さな粒子にさらされていますが、それらは私たちが気付かないうちに通り抜けていきます。そのため、アイザック アシモフはそれらを「ゴースト粒子」と呼びました。

ニュートリノが透明な南極の氷の粒子と相互作用すると、二次粒子が生成され、IceCube 検出器を通過する際に青い光の跡が残ります。
ズーム / ニュートリノが透明な南極の氷の粒子と相互作用すると、二次粒子が生成され、IceCube 検出器を通過する際に青い光の跡が残ります。

ニコール R. フラー、アイスキューブ / NSF

この反応速度の遅さがニュートリノを作る 検出するのは非常に困難です、しかし、それは非常に軽いため、他の物質の粒子と衝突しても妨げられずに逃げることができます(したがって、ほとんど変化しません). これは、重力波だけでなく、電磁スペクトル全体で望遠鏡で学べることによって強化された、遠方のシステムに関する天文学者に貴重な手がかりを提供できることを意味します。 これらのさまざまな情報源をまとめて、「マルチ メッセンジャー」天文学と呼んでいます。

ほとんどのニュートリノ ハンターは実験を地球の奥深くに埋めており、他のソースからの大きな干渉をキャンセルする方がよいでしょう。 IceCube の場合、このコラボレーションは、南極の氷の奥深くに埋め込まれたバスケットボール サイズの光学センサーの配列を特徴としています。 一時的なニュートリノが氷中の原子核と相互作用するまれなケースでは、衝突によって紫外光と青色の光子を放出する荷電粒子が生成されます。 これらはセンサーによってキャプチャされます。

したがって、IceCube は、科学者が高エネルギー宇宙線の起源に関する知識を深めるのに役立つ位置にあります。 説得力のあるナタリー・ウォルコファーのように クアンタで説明 2021年:

宇宙線は単なる原子核 – 陽子または陽子と中性子のグループです。 しかし、「超エネルギー宇宙線」として知られる希少な宇宙線は、プロが出すテニスボールと同じくらいのエネルギーを持っています。 それらは、光の速度の 99.9999991% でヨーロッパの大型ハドロン衝突型加速器の円形トンネルの周りを周回する陽子よりも何百万倍もエネルギーがあります。 実際、「oh my gosh」粒子と呼ばれる、これまでに発見された中で最もエネルギーの高い宇宙線は、1991 年に光速の 99.999999999999999999951 パーセントで空に衝突し、ボウリングのボールが肩の高さからつま先の高さまで落ちるエネルギーを与えました。 .

しかし、そのような強力な宇宙線はどこから発生するのでしょうか? 有力な可能性の一つ 活動銀河核 (AGNs)、いくつかの銀河の真ん中で見つかりました。 そのエネルギーは、銀河の中心にある超大質量ブラック ホール、および/またはブラック ホールの回転に由来します。

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