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冰立方中微子觀測站發現銀河系附近的活躍星系NGC 1068會發射高能量中微子

發布時間：2025-12-09 12:31:45 來源：桑間濮上網 作者：百科

冰立方中微子觀測站發現銀河系附近的活躍星系NGC 1068會發射高能量中微子(Credit: NASA/ESA/A. van der Hoeven / Jack Parin, IceCube/NSF; NASA/ESA/A. van der Hoeven (insert))
（神秘的地球uux.cn）據EurekAlert!：冰立方中微子觀測站（The IceCube Neutrino Observatory）是一個由數千個傳感器組成的網絡，它位于南極冰層下數千英尺處；該觀測站已經發現了NGC 1068發射中微子的中發現發射證據；NGC 1068是一個太陽系附近的活躍星系，它也被稱為梅西耶 77。微觀微根據這項新研究的測站發現，新近確定的銀河中微子源的屬性與高能耀變體 TXS 0506+56有很大的差異，后者之前被確定為一個中微子源，系附星系這表明可能有不止一種中微子源構成了所觀測到的活躍宇宙中微子背景。
在地球上探測到的量中高能中微子主要由宇宙射線與物質碰撞或在天體物理體(如星系或黑洞噴流)內的輻射而產生，或在這些天體與地球間的冰立星系際空間產生。這些觀測表明，中發現發射在銀河系外有一個具彌散背景的微觀微中微子源。揭示宇宙中微子的測站起源及其與其它類型宇宙輻射的關系對理解宇宙形成的基本過程至關重要。然而，銀河確定這些難以捉摸粒子的系附星系具體來源仍具挑戰性。在這里，活躍“冰立方合作”（這是一個由400多名研究人員組成的國際性團隊）評估了冰立方中微子探測器在2011年至2020年期間收集的數據，旨在從宇宙背景的110個已知的銀河系外伽馬射線源之上搜索天體物理中微子發射；結果發現，NGC 1068是高能系外中微子的一個點源。
Kohta Murase在一篇相關的《視角》中寫道:“通過分析冰立方中微子觀測站的中微子數據和費米伽瑪射線空間望遠鏡的伽瑪射線數據，人們之前已經提出了存在著這樣一個‘隱藏的’中微子源。射電靜默ANGs[活動星系核]包括NGC 1068和其他低光度AGNs，它們比耀變體和強射電AGNs更多；這些射電靜默ANGs可能有助于解釋冰立方中微子天文臺所觀測到的所有宇宙中微子的數量。”
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（神秘的地球uux.cn）據cnBeta：距離你所在的地方大約4700萬光年，一個名為NGC 1068的充滿黑洞的星系中心正在吐出成片的神秘粒子。它們是成堆的中微子，也被稱為臭名昭著的難以捉摸的幽靈粒子，在我們的宇宙中無影無蹤。
這些看不見的碎片在出現后，立即在宇宙中急速移動。它們從我們能看到的明亮的恒星身邊掠過，并從充滿了我們尚未發現的空間中滑過，直到降落在地球上。然后，它們像精靈一樣鉆進南極，不被人類的眼睛發現，也不被外部力量所束縛。
中微子的旅程是無縫的。但科學家們耐心地等待著它們的到來。
冰立方中微子觀測站（IceCube Neutrino Observatory，以下簡稱冰立方）坐落在南極洲地表下超過2公里（1.24英里）的約10億噸冰中。你可以叫它中微子追蹤器。當任何中微子將它們的聚會轉移到這個寒冷的大陸時，冰立方就會做好準備。而當NGC 1068的來到地球時，它確實準備好了。
在將于周五發表在《科學》雜志上的一篇論文中，這個雄心勃勃的裝置背后的國際團隊證實，它已經發現了79個"高能中微子發射"的證據，它們來自NGC 1068所在的地方。
這標志著一種前所未有的奇特粒子的起源，并為新的、無盡的物理學類型打開了大門?？茖W家稱之為"中微子天文學"。
這將是天文學的一個分支，可以做現有分支根本做不到的事情。
一片星空顯示了銀河系的中心。地面上是南極洲白雪皚皚的表面，上面有一個結構。暮色中的冰立方實驗室正面圖，星空中顯示出頭頂上的一抹銀河，陽光在地平線上徘徊。
在今天之前，物理學家們只認為中微子來自太陽、我們星球的大氣層一種叫做放射性衰變的化學機制、超新星以及--由于冰立方在2017年的第一個突破--一個熾熱星，或貪婪的超大質量黑洞直接指向地球。一個被稱為TXS 0506+056的黑洞。
但是現在，隨著這個新發現的中微子源，我們正在進入這個粒子的故事的新時代。事實上，根據研究小組的說法，源自NGC 1068的中微子所擁有的能量可能高達數百萬、數十億，甚至數萬億，是植根于太陽或超新星的中微子所擁有的能量。這些數字令人瞠目結舌，因為一般來說，這種幽靈般的比特是如此強大，但又是如此逃避，每一秒都有數萬億的中微子刺入你的身體。你只是無法分辨。
如果你想阻止一個中微子，你需要用一塊一光年寬的鉛塊來對付它--盡管即便如此，也會有一小部分的成功機會。因此，利用這些粒子，不管是不是NCG 1068的版本，都可以讓我們穿透宇宙中那些沒有中微子力量就無法到達的區域。
有一天，中微子甚至可能使我們在知識方面進入可見宇宙的邊緣，而在光方面則超越可見宇宙。
這一刻的巨大意義不僅在于它為我們提供了一個直到1956年才宣布存在的奇怪粒子的更多證據，而且還在于中微子就像我們宇宙后臺的鑰匙。它們擁有揭示現象和解決我們無法通過任何其他手段解決的難題的能力，這也是科學家們首先試圖發展中微子天文學的主要原因。
美國國家科學基金會的丹尼斯-考德威爾（Denise Caldwell）和冰立方團隊的一名成員周四告訴記者："宇宙有多種方式與我們交流。"電磁輻射，我們看到的是來自恒星的光，搖動空間結構的引力波--以及基本粒子，如質子、中子和電子由局部來源噴出。"這些基本粒子之一一直是滲透到宇宙中的中微子，但不幸的是，中微子非常難以探測。"
事實上，即使是NGC 1068星系及其巨大的黑洞錨，通常也被厚厚的塵埃和氣體的面紗所掩蓋，使得它很難用標準的光學望遠鏡和設備來解析--盡管科學家們多年來一直試圖刺破它的幕布。
美國宇航局的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡在這種情況下可能有一個優勢，因為它的紅外線捕捉能力極強，但探測中微子可能是一個更好的方式。
預計在過濾我們的宇宙的這種不透明的屏幕后面產生，這些粒子可以從這些屏幕后面攜帶宇宙信息，在與基本上沒有其他物質相互作用的情況下，跨越遙遠的距離，并向人類提供關于難以捉摸的外層空間角落的原始的、未經觸及的信息。
慕尼黑工業大學的Elisa Resconi和冰立方團隊成員談到NGC 1068時說："從某種意義上說，我們非常幸運，因為我們可以獲得對這個物體的驚人理解。"
在這個基于南極冰立方實驗室真實圖像的藝術渲染中，一個遙遠的源頭發射出中微子，被冰立方的傳感器（稱為DOM）探測到冰層之下。
冰立方/NSF
同樣值得注意的是，與NGC 1068相似的星系--被歸類為塞弗特星系--比與TXS 0506+056相似的熾熱星系多得多。這意味著IceCube的最新發現可以說是中微子天文學家比該天文臺的開創性發現更大的進步。
也許在整個宇宙中擴散的大部分中微子都扎根于NGC 1068的二重體。但從大的方面來看，中微子的優點遠不止其來源。
正如威斯康星大學麥迪遜分校的賈斯汀-范登布洛克和冰立方團隊成員所說，這些幽靈適合于解決天文學中的兩個主要謎團。
首先，我們宇宙中的大量星系在其中心擁有引力巨大的空洞，黑洞的質量比我們的太陽大幾百萬到幾十億倍。而這些黑洞在活動時，會從它們的內部噴出光束--發出的光亮足以照亮銀河系中的每一顆恒星。"我們不明白這是如何發生的，"范登布洛克簡單地總結道。
第二是宇宙射線的一般的，但持續存在的難題。
我們也不知道宇宙射線從何而來，但這些粒子串的能量比我們在地球上用人類建造的粒子加速器（如歐洲核子研究中心的粒子加速器）所能達到的能量要高出數百萬倍。
"我們認為中微子有一些作用，"Vandenbroucke說。"有些東西可以幫助我們解答黑洞為非常明亮的星系提供動力和宇宙射線的起源這兩個謎題。"
用十年的時間來捕捉少量的東西
明確地說，冰立方并不完全捕捉中微子。它甚至沒有真正直接掃描它們的腳步聲。
基本上，這個天文臺告訴我們，每次中微子碰巧與籠罩它的冰塊發生相互作用時。"中微子幾乎不與物質相互作用，"范登布拉克強調說。"但它們有時確實會發生互動。"
當數以百萬計的中微子射入冰立方所在的冰區時，至少有一個中微子傾向于撞上一個冰原子，然后冰原子碎裂并產生一道閃光。冰立方的傳感器捕捉到了這一閃光，并將信號發送到地面上，然后由數百名科學家進行分析的通知。
冰立方探測器的效果圖顯示了中微子與冰分子的互動。
十年的光閃數據讓最新發現背后的團隊幾乎摸清了天空中每個中微子似乎來自哪里。很快就發現，在NGC 1068星系所在的地方有一個密集的中微子發射區域。
冰立方最新的天空結果中的一張圖。它顯示了中微子似乎來自整個宇宙，并指出了最密集的地點作為來源。
在北半球掃描點源的天空圖，顯示了中微子似乎來自整個宇宙的哪些地方。NGC 1068的圓圈也與北方天空中整體最熱的地方相吻合。
但是，即使有這樣的證據，雷斯科尼說團隊知道"現在還不是開香檳的時候，因為我們仍然有一個基本問題要回答。這種排列有多少次是偶然發生的？我們怎么能確定中微子確實來自這樣一個物體？"
因此，為了使事情盡可能具體化，并真正地、真正地證明這個星系在吐出幽靈，"我們生成了5億次相同的實驗，"雷斯科尼說。
"佐治亞理工學院的Ignacio Taboada和冰立方團隊成員說："就尋找新的中微子來源而言，我們只是開始從表面開始。"肯定還有許多比NGC 1068更深的來源，藏在某個地方等待我們去發現。"

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