冰立方探測到中微子：科學(xué)家捕捉到首張銀河系“幽靈粒子”圖像

2025-11-27 21:41:24 分類：焦點 閱讀(845)

用中微子透鏡(藍色)看到的幽靈粒子銀河系的藝術(shù)家構(gòu)圖。鳴謝:冰立方合作/美國國家科學(xué)基金會(Lily Le & Shawn Johnson)/ESO(s . Brunier)
（神秘的冰立地球uux.cn）據(jù)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校：我們的銀河系是夜空中一個令人敬畏的特征，用肉眼可以看到地平線到地平線的中微捉貴陽外圍（外圍模特）電話微信199-7144=9724誠信外圍，十年老店朦朧的星星帶。現(xiàn)在，科學(xué)冰立方中微子天文臺首次使用中微子——微小的家捕幽靈般的天文信使——生成了一幅銀河系的圖像。在即將發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的首張一篇文章中，由350多名科學(xué)家組成的銀河國際團體“冰立方合作”提出了銀河系高能中微子發(fā)射的證據(jù)。
高能中微子的系圖像能量比驅(qū)動恒星的聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量高數(shù)百萬到數(shù)十億倍，是幽靈粒子由冰立方中微子天文臺探測到的，這是冰立一個在阿蒙森-斯科特南極站運行的千兆噸級探測器。
這個獨一無二的中微捉貴陽外圍（外圍模特）電話微信199-7144=9724誠信外圍，十年老店探測器覆蓋了一立方千米深的南極冰層，配備了5000多個光傳感器。科學(xué)冰立方尋找來自我們銀河系和更遠的家捕地方的高能中微子的跡象，直到宇宙的首張最遠端。
“耐人尋味的銀河是，與任何波長的光不同，在中微子中，宇宙比我們自己的星系中的鄰近光源更亮，”威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理學(xué)教授兼冰立方首席研究員弗朗西斯·哈爾岑說。

銀河系的多信使視圖，以銀河中心為中心，在銀河坐標(biāo)中觀看。每個面板顯示了銀河緯度15°范圍內(nèi)的整個銀河平面，每個面板都有獨特的色標(biāo)。從上到下，這些面板是:1)光學(xué)范圍內(nèi)的視圖，部分被吸收光子的氣體和塵埃云所遮蔽，2)費米-拉特12年巡天觀測所見的伽馬射線的積分通量，3)預(yù)期中微子通量的發(fā)射模板，與費米-拉特測量的模板相匹配，4)面板3的發(fā)射模板與IceCube探測器對級聯(lián)中微子事件的接受度相卷積，以及5)使用級聯(lián)中微子事件樣本對點狀源進行全天空掃描的預(yù)審意義。鳴謝:冰立方
國家科學(xué)基金會物理部主任丹尼斯·考德威爾說:“科學(xué)上的重大突破往往是由技術(shù)進步促成的。”。“高度敏感的冰立方探測器提供的能力，加上新的數(shù)據(jù)分析工具，讓我們對我們的星系有了一個全新的認識——這是以前只暗示過的。隨著這些功能的不斷完善，我們可以期待看到這張分辨率不斷提高的照片，有可能揭示人類從未見過的銀河系的隱藏特征。”
宇宙射線——高能質(zhì)子和更重的原子核，也在我們的星系中產(chǎn)生——與星系氣體和塵埃之間的相互作用不可避免地產(chǎn)生伽馬射線和中微子。鑒于對來自銀道面的伽馬射線的觀察，銀河系被認為是高能中微子的來源。

一個藝術(shù)家印象中的銀河系前面的中微子視圖(藍天圖)。鳴謝:CRC 1491的冰立方合作/科學(xué)交流實驗室
“現(xiàn)在已經(jīng)測量到了一個中微子，從而證實了我們對我們的星系和宇宙射線源的了解，”德雷克塞爾大學(xué)物理學(xué)博士生、冰立方成員兼共同首席分析師Steve Sclafani說。
搜索集中在南部天空，從銀道面發(fā)射的大部分中微子預(yù)計在我們銀河系的中心附近。然而，直到現(xiàn)在，宇宙射線與地球大氣相互作用產(chǎn)生的μ子和中微子的背景構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。
為了克服它們，德雷克塞爾大學(xué)的IceCube合作者開發(fā)了選擇“級聯(lián)”事件或冰中中微子相互作用的分析，這些事件導(dǎo)致大致球形的光簇射。因為來自級聯(lián)事件的沉積能量在儀器體積內(nèi)開始，所以減少了大氣μ子和中微子的污染。最終，級聯(lián)事件的純度越高，對來自南方天空的天體物理中微子的靈敏度就越高。

銀河系的兩幅圖像。頂部是用可見光拍攝的，底部是首次用中微子拍攝的。鳴謝:冰立方合作/美國國家科學(xué)基金會(Lily Le & Shawn Johnson)/ESO(s . Brunier)
然而，最終的突破來自于機器學(xué)習(xí)方法的實施，這些方法是由TU Dortmund大學(xué)的IceCube合作者開發(fā)的，可以改進對中微子產(chǎn)生的級聯(lián)的識別以及它們的方向和能量重建。對來自銀河系的中微子的觀察是機器學(xué)習(xí)在IceCube的數(shù)據(jù)分析和事件重建中提供的新興臨界值的標(biāo)志。
“改進的方法使我們能夠通過更好的角度重建保留超過一個數(shù)量級的更多中微子事件，從而使分析比以前的搜索敏感三倍，”IceCube成員、多特蒙德大學(xué)物理學(xué)博士生兼共同首席分析器Mirco Hünnefeld說。
這項研究中使用的數(shù)據(jù)集包括跨越10年冰立方數(shù)據(jù)的60，000個中微子，是以前使用級聯(lián)事件分析銀道面時使用的事件數(shù)的30倍。將這些中微子與先前公布的天空中星系預(yù)計會在中微子中發(fā)光的位置的預(yù)測地圖進行了比較。

冰立方實驗室的一個視圖，星空顯示了銀河和綠色極光。鳴謝:Yuya Makino，IceCube/NSF
這些地圖包括一張通過外推費米大面積望遠鏡對銀河系的伽馬射線觀測制作的地圖，以及兩張被制作它們的理論家小組確定為KRA-伽馬射線的替代地圖。
“對銀河系中宇宙射線相互作用的這一期待已久的檢測也是一個很好的例子，表明當(dāng)機器學(xué)習(xí)中知識發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)代方法得到一致應(yīng)用時可以取得什么樣的成就，”多特蒙德大學(xué)物理學(xué)教授、冰立方成員、海因費爾德的顧問沃爾夫?qū)ち_德說。
機器學(xué)習(xí)的力量提供了巨大的未來潛力，使其他觀察更加觸手可及。
“銀河系是高能中微子源的有力證據(jù)通過了合作的嚴格測試，”佐治亞理工學(xué)院物理學(xué)教授Ignacio Taboada和IceCube發(fā)言人說。"現(xiàn)在下一步是確定星系內(nèi)的具體來源."
這些問題和其他問題將在IceCube計劃的后續(xù)分析中得到解決。
“首次使用粒子而不是光來觀察我們自己的星系是一個巨大的進步，”Drexel大學(xué)物理學(xué)教授、IceCube成員、Sclafani的顧問Naoko Kurahashi Neilson說。“隨著中微子天文學(xué)的發(fā)展，我們將獲得一個觀察宇宙的新鏡頭。”