IceCube phát hiện neutrino năng lượng cao từ bên trong Dải Ngân hà – Physics World

IceCube phát hiện neutrino năng lượng cao từ bên trong Dải Ngân hà – Physics World

Dấu thời gian: 4:2023 sáng ngày 9 tháng 29 năm XNUMX
Nút nguồn: 2750191

Dải Ngân hà trong neutrino
Tầm nhìn vũ trụ: ấn tượng của một nghệ sĩ về Dải Ngân hà được nhìn thấy qua neutrino (lịch sự: IceCube Collaboration/US National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)).

Lần đầu tiên các neutrino năng lượng cao phát ra từ thiên hà Milky Way đã được phát hiện. Đó là theo phát hiện mới từ Đài quan sát Neutrino IceCube tại Trạm Nam Cực Amundsen–Scott mở ra một con đường mới cho thiên văn học đa sứ giả bằng cách quan sát thiên hà Milky Way bằng các hạt chứ không phải ánh sáng.

Neutrino là các hạt cơ bản có khối lượng rất nhỏ và hầu như không tương tác với các vật chất khác, nhưng chúng lấp đầy vũ trụ với hàng nghìn tỷ hạt đi qua cơ thể bạn một cách vô hại mỗi giây.

Trước đây, neutrino có năng lượng gấp hàng tỷ lần so với neutrino được tạo ra bởi các phản ứng nhiệt hạch trong Mặt trời của chúng ta đã được phát hiện đến từ các nguồn ngoài thiên hà như quasar. Tuy nhiên, lý thuyết dự đoán rằng neutrino năng lượng cao cũng có thể được tạo ra trong Dải Ngân hà.

Khi các nhà thiên văn học nhìn vào mặt phẳng thiên hà của chúng ta, họ thấy Dải Ngân hà sáng lên với sự phát xạ tia gamma được tạo ra khi các tia vũ trụ bị giữ lại bởi từ trường của thiên hà chúng ta va chạm với các nguyên tử trong không gian giữa các vì sao. Những va chạm này cũng sẽ tạo ra neutrino năng lượng cao.

Các nhà nghiên cứu hiện nay cuối cùng đã tìm thấy bằng chứng thuyết phục cho các neutrino này bằng cách sử dụng các kỹ thuật học máy để sàng lọc dữ liệu mười năm từ Đài quan sát neutrino IceCube, bao gồm khoảng 60 sự kiện neutrino. “[Giống như tia gamma], các neutrino mà chúng ta quan sát được phân bố khắp mặt phẳng thiên hà,” nói Francis Halzen của Đại học Wisconsin–Madison, người điều tra chính của IceCube.

Sự kiện xếp tầng

Máy dò IceCube được tạo thành từ một km khối băng chôn bên dưới Nam Cực và được xâu chuỗi với 5160 cảm biến quang học để theo dõi các tia sáng khả kiến ​​trong những trường hợp hiếm hoi mà neutrino tương tác với một phân tử băng nước. Khi một sự kiện neutrino xảy ra, neutrino hoặc để lại một vệt kéo dài hoặc một “sự kiện xếp tầng” trong đó năng lượng của neutrino tập trung thành một thể tích hình cầu nhỏ bên trong băng.

Khi các tia vũ trụ tương tác với vật chất trong môi trường giữa các vì sao, chúng tạo ra các hạt mẫu đơn có thời gian tồn tại ngắn và nhanh chóng phân hủy. “Các pion tích điện phân rã thành neutrino được IceCube phát hiện và các pion trung tính phân rã thành hai tia gamma được quan sát bởi Fermi [Kính viễn vọng không gian tia Gamma] của [NASA],” Halzen nói Thế giới vật lý.

Các neutrino trước đó đã không bị phát hiện vì chúng bị nhấn chìm bởi tín hiệu nền của neutrino và muon gây ra bởi các tương tác tia vũ trụ ở gần nhà hơn nhiều, trong bầu khí quyển Trái đất.

Nền này để lại các dấu vết đi vào máy dò, trong khi các neutrino năng lượng cao hơn từ Dải Ngân hà có nhiều khả năng tạo ra các sự kiện theo tầng hơn. Thuật toán học máy do các nhà khoa học IceCube tại Đại học TU Dortmund ở Đức phát triển chỉ có thể chọn các sự kiện theo tầng, loại bỏ phần lớn nhiễu cục bộ và cho phép tín hiệu từ Dải Ngân hà nổi bật.

Mặc dù khó thu được thông tin về hướng một neutrino đến từ một sự kiện xếp tầng, nhưng Halzen nói rằng các sự kiện xếp tầng có thể được tái tạo lại với độ chính xác “năm độ hoặc hơn”. Mặc dù điều này ngăn cản việc xác định các nguồn neutrino cụ thể trong Dải Ngân hà, Halzen nói rằng chỉ cần quan sát mẫu bức xạ từ thiên hà và so sánh nó với mẫu quan sát được của tia gamma bằng kính viễn vọng không gian Fermi là đủ.

Bước tiếp theo của nhóm là thử xác định các nguồn neutrino cụ thể trong Dải Ngân hà. Điều này có thể thực hiện được với IceCube được cải tiến, được đặt tên Gen2, điều này sẽ tăng kích thước của khu vực máy dò lên 2032 km khối băng khi nó hoạt động hoàn toàn vào năm XNUMX.

Những phát hiện được công bố trong Khoa học.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý