天文学家将宇宙中微子的来源追溯到巨大的黑洞

美国宇航局的费米望远镜追踪宇宙中微子的来源,发现了巨大的黑洞

NASA的费米(左上)首次确认了一个遥远星系中的巨型黑洞是冰立方中微子观测站观测到的高能中微子的来源(传感器弦,底部)。学分:美国国家航空航天局/费米和奥洛·西蒙内,索诺马州立大学

有史以来第一次,科学家使用美国国家航空航天局美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜发现了来自银河系外的高能中微子的来源。这颗中微子在被地球探测到之前,以近乎光速的速度运行了37亿年。这比科学家们所能识别出的任何其他中微子都要远。

高能中微子是难以捕捉的粒子,科学家认为它们是由宇宙中最强大的事件产生的,比如星系合并和物质落入超大质量黑洞。它们以略低于光速的速度传播,很少与其他物质发生相互作用,使它们能够不受阻碍地穿越数十亿光年的距离。

一个国际科学家团队利用位于阿蒙森-斯科特南极站的美国国家科学基金会冰立方中微子观测站发现了这个中微子。费米通过追踪中微子的路径,找到了中微子的来源黑洞在猎户座。

费米追踪宇宙中微子的来源到巨大的黑洞

2017年9月22日,科学家发现了一颗高能中微子,天文学家开始追踪它的源头——一个遥远星系中的超大质量黑洞。工作人员:美国宇航局戈达德太空飞行中心

“费米又一次帮助我们在一个不断发展的领域取得了巨大的飞跃,我们称之为多信使天文学,”华盛顿NASA总部天体物理部门主任保罗·赫兹(Paul Hertz)说。“中微子和引力波提供关于宇宙中最极端环境的新信息。但为了更好地理解它们告诉我们的信息,我们需要将它们与天文学家所知道的‘信使’联系起来。”

科学家们研究中微子,以及宇宙射线和伽马射线,以了解在超新星、黑洞和恒星等动荡的宇宙环境中发生了什么。中微子显示了发生在环境内部的复杂过程,而宇宙射线则显示了剧烈活动的力量和速度。但是,科学家们依靠伽马射线,一种能量最强的光,来标记产生这些中微子和宇宙射线的宇宙源。

“最极端的宇宙爆炸产生引力波,最极端的宇宙加速器产生高能中微子和宇宙射线,”美国宇航局戈达德太空飞行中心的Regina Caputo说,他是费米大面积望远镜合作项目的分析协调员。“通过费米,伽马射线为这些新的宇宙信号提供了一座桥梁。”

从宇宙中微子到怪物黑洞的源头

费米探测到的txs0506 +056的伽马射线显示为膨胀的圆圈。它们的最大大小,颜色从白色(低)到洋红(高),以及相关的音调表明每条射线的能量。第一个序列为典型发射;第二张图显示的是导致中微子探测的2017年耀斑。功劳:美国国家航空航天局/美国能源部/费米·拉特合作公司。, Matt Russo和Andrew Santaguida/SYSTEM Sounds

这一发现是周四发表在《科学》杂志上的两篇论文的主题。来源识别文件还包括主要大气伽马成像切伦科夫望远镜的重要后续观测,以及来自美国宇航局的尼尔·格莱尔斯斯威夫特天文台和许多其他设施的额外数据。

2017年9月22日,科学家们使用冰立方探测到一种中微子撞击南极冰层的迹象,其能量约为300万亿电子伏,是地球上最强大粒子加速器可达到能量的45倍以上。这种高能量强烈地表明,中微子一定来自太阳系之外。回溯通过冰立方体的路径可以发现中微子在天空中的位置,并自动发出警报,通知全球天文学家在这一区域搜索可能与中微子事件有关的耀斑或爆发。

费米大面积望远镜的数据显示,在中微子到达时,一个著名的活动星系发出了增强的伽马射线。这是一种被称为blazar的活跃星系,它有一个质量是太阳几百万到几十亿倍的超大质量黑洞,以接近光速的速度向相反方向喷射粒子。blazar特别明亮和活跃,因为其中一个喷流恰好指向地球。

日本广岛大学的费米科学家田中yasuyuki是第一个将中微子事件与blazar命名为TXS 0506+056(简称TXS 0506)联系起来的科学家。

“费米望远镜监视整个天空在伽马射线和继续关注2000耀类星体的活动,然而tx 0506真的脱颖而出,”萨拉•Buson今年说一位美国国家航空航天局戈达德博士后研究员进行了数据分析与安娜Franckowiak,德意志Elektronen-Synchrotron研究中心科学家Zeuthen中,德国。“这颗blazar位于冰立方确定的天空中心附近,在中微子探测时,它是费米十年来观测到的最活跃的blazar。”

美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜是一个天体物理学和粒子物理学合作项目,与美国能源部合作开发,并得到法国、德国、意大利、日本、瑞典和美国的学术机构和合作伙伴的重要贡献。美国宇航局博士后研究员项目由大学空间研究协会与美国宇航局签订合同管理。

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