坠入南极洲的幽灵粒子可能永远改变天文学

螺旋星系 NGC 1068

在距您所在位置约 4700 万光年的地方，一股神秘的粒子流正从一个名为 NGC 1068 的充满黑洞的星系中心喷涌而出。这些“中微子”也被称为难以捉摸的“幽灵粒子”，在我们的宇宙中徘徊但又离开了他们存在的痕迹很少。

在形成之后，这些看不见的碎片光束立即穿过广阔的宇宙。它们飞过我们可以看到的明亮星星，飞过充满我们尚未发现的奇观的空间口袋。它们飞啊飞啊飞，直到偶尔撞到地球表面深处的一个探测器。

中微子的旅程是无缝的。但科学家们耐心等待他们的到来。

冰立方中微子天文台位于南极洲下方 2 公里（1.24 英里）处，约有 10 亿吨冰。一个中微子猎人，你的名字。当任何中微子转移到寒冷的大陆时，IceCube 随时准备就绪。

在周五发表在《科学》杂志上的一篇论文中，这项雄心勃勃的实验背后的国际团队证实，它已经从 NGC 1068 的位置周围发现了 79 个“高能中微子发射”的证据，这为新奇和无尽的魅力打开了大门——物理类型。科学家称之为“中微子天文学”。

这将是天文学的一个分支，可以做现有分支根本无法做到的事情。

暮光之城冰立方实验室的前视图，满天星斗可以瞥见头顶的银河，阳光在地平线上挥之不去

在今天之前，物理学家只展示了来自太阳的中微子。我们星球的大气层；一种称为放射性衰变的化学机制；超新星；并且——由于 IceCube 在 2017 年的首次突破——一个耀变体或贪婪的超大质量黑洞直接指向地球。一个称为 TXS 0506 056 的空隙。

有了这个新发现的中微子来源，我们正在进入一个讲述粒子故事的新时代。事实上，据研究团队称，源自NGC 1068的中微子可能拥有源自太阳或超新星的中微子所拥有的数百万、数十亿甚至数万亿的能量。这些数字令人瞠目结舌，因为总的来说，这些幽灵般的小碎片是如此强大，但却难以捉摸，以至于每秒有数万亿中微子穿过你的身体。你就是说不出来。

如果你想阻止一个中微子进入它的轨道，你需要用一光年宽的铅来对抗它——尽管即使这样，成功的机会也很渺茫。因此，使用这些粒子，无论它是否是 NCG 1068 的版本，都可以让我们穿透通常无法进入的宇宙区域

怎么做？

这一时刻非常重要，不仅因为它为我们提供了更多关于 1956 年才公布的奇怪粒子的证据，还因为中微子就像打开我们宇宙后台的钥匙。

他们揭示现象和解决我们无法以任何其他方式解决的难题的能力是科学家最初试图发展中微子天文学的主要原因。

“宇宙有多种与我们交流的方式，”美国国家科学基金会的丹尼斯考德威尔和冰立方团队的成员周四告诉记者。 “电磁辐射，我们将其视为来自恒星的光、震动空间结构的引力波——以及由当地来源喷射的质子、中子和电子等基本粒子。

“这些基本粒子之一是渗透宇宙的中微子，但不幸的是，中微子很难探测到。”

事实上，即使是星系 NGC 1068 及其巨大的黑洞也经常被一层厚厚的尘埃和气体遮挡，这使得它们很难用标准的光学望远镜和设备来解决——尽管科学家们多年来一直在尝试。刺破它的面纱。美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜可能会因为它的红外线眼睛而在这种情况下发挥作用，但中微子可能是更好的方法。

预计将在过滤我们宇宙的这种不透明屏幕后面产生，这些粒子可以从这些屏幕后面携带宇宙信息，放大很远的距离，同时基本上不与其他物质相互作用，并为人类提供对外层空间的困难洞察。难以捉摸的角落中的原始、未触及的信息。

“从某种意义上说，我们非常幸运，因为我们能够对这个物体有了惊人的了解，”慕尼黑工业大学和 IceCube 团队成员的 Elisa Resconi 说到NGC 1068。

在艺术渲染中，一个遥远的源发出的中微子被冰立方传感器（称为 DOM）在冰层下方检测到。

还值得注意的是，类似于 NGC 1068（归类为 Seyfert 星系）的星系远多于类似于 TXS 0506 056 的耀变体。这意味着 IceCube 的最新发现可以说是中微子天文学家向前迈出的一大步，而不是由一个天文台。

也许散布在整个宇宙中的大多数中微子都植根于 NGC 1068 克隆。但在宏伟的计划中，中微子的优点远远超出了它们的来源。

正如威斯康星大学麦迪逊分校的 Justin Vandenbroucke 和 IceCube 团队成员所说，这些鬼魂适合解决天文学的两个谜团。

首先，我们宇宙中的大量星系在它们的中心都有巨大的引力空洞，黑洞的质量是太阳的数百万到数十亿倍。当活跃时，这些黑洞会从它们的内脏喷射出光射流——发出足够的光来照亮银河系中的每一颗恒星。 “我们不明白这是怎么发生的，”范登布鲁克简单地说。中微子可以提供一种研究黑洞周围区域的方法。

其次是宇宙射线普遍存在但经久不衰的难题。

我们也不知道宇宙射线从何而来，但这些粒子串所达到的能量比我们在地球上使用人造粒子加速器（如欧洲核子研究中心的粒子加速器）所能达到的能量高出数百倍。万次。

“我们认为中微子可以发挥一些作用，”Vandenbroucke 说。 “有些东西可以帮助我们解答这两个黑洞和宇宙射线的起源之谜，这些黑洞和宇宙射线为非常明亮的星系提供能量。”

十年抓一只手

需要明确的是，IceCube 并没有完全捕获中微子。

基本上，每当中微子碰巧与覆盖它的冰相互作用时，这个天文台都会告诉我们。 “中微子几乎不与物质相互作用，”范登布鲁克强调说。 “但他们有时会互动。”

当数以百万计的中微子射入 IceCube 所在的冰冷区域时，其中至少有一个会击中一个冰原子，然后冰原子破碎并产生一道闪光。 IceCube 传感器捕获闪光并将信号发送到地面，由数百名科学家分析通知。

IceCube 探测器的渲染图显示了中微子与冰分子的相互作用。

十年的闪光数据使该团队几乎可以绘制出每个中微子似乎来自天空的位置。很快就很清楚，在星系 NGC 1068 的位置有一个密集的中微子发射区域。

但即使有这样的证据，Resconi 说团队知道“现在不是开香槟的时候，因为我们还有一个基本问题要回答。这种对齐有多少次是偶然发生的？我们如何确定中微子实际上来自这样的物体？”

北半球扫描的天空图，显示了宇宙中中微子似乎来自何处。NGC 1068 的圆圈也与北方天空中的整体最热点重合。

因此，为了使事情尽可能具体，并真正证明这个星系正在吐出鬼魂，“我们在同一个实验中做了 5 亿次，”Resconi 说。

我只能想象最终会弹出一瓶洞穴。虽然狩猎还没有结束。

乔治亚理工学院和 IceCube 团队的成员 Ignacio Taboada 说：“在寻找新的中微子来源方面，我们才刚刚起步。” “肯定有许多其他来源比 NGC 1068 更深，隐藏在某个地方可以找到。”