IceCube registrerer højenergi-neutrinoer inde fra Mælkevejen – Fysikverdenen

IceCube registrerer højenergi-neutrinoer inde fra Mælkevejen – Fysikverdenen

Tidsstempel: 4. juli 2023 kl. 9

Mælkevejen i neutrinoer
Kosmisk vision: en kunstners indtryk af Mælkevejen set gennem neutrinoer (med høflighed: IceCube Collaboration/US National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)).

Højenergi-neutrinoer, der dukker op fra Mælkevejsgalaksen, er blevet set for første gang. Det viser nye resultater fra IceCube Neutrino Observatorium ved Amundsen-Scott South Pole Station, der åbner en ny vej for multi-budbringer-astronomi ved at observere Mælkevejsgalaksen i partikler i stedet for lys.

Neutrinoer er fundamentale partikler, der har meget små masser og næppe interagerer med andet stof, men de fylder universet med billioner, der passerer harmløst gennem din krop hvert sekund.

Tidligere er neutrinoer milliarder af gange mere energiske end dem, der er produceret af fusionsreaktioner i vores sol, blevet opdaget fra ekstragalaktiske kilder såsom kvasarer. Teori forudsiger dog, at neutrinoer med høj energi også bør produceres i Mælkevejen.

Når astronomer ser på vores galakseplan, ser de Mælkevejen oplyses med gamma-stråleemissioner, der produceres, når kosmiske stråler fanget af vores galakse magnetfelt kolliderer med atomer i det interstellare rum. Disse kollisioner skulle også producere neutrinoer med høj energi.

Forskere har nu endelig fundet overbevisende beviser for disse neutrinoer ved at bruge maskinlæringsteknikker til at gennemsøge ti års data fra IceCube Neutrino Observatory, som omfatter omkring 60 neutrino-begivenheder. "[Ligesom gammastråler], er de neutrinoer, vi observerer, fordelt over hele det galaktiske plan," siger Francis Halzen fra University of Wisconsin–Madison, som er IceCubes hovedefterforsker.

Kaskade begivenheder

IceCube-detektoren er dannet af en kubikkilometer is begravet under Sydpolen og spændt igennem med 5160 optiske sensorer, der holder øje med glimt af synligt lys ved de sjældne tilfælde, hvor en neutrino interagerer med et molekyle af vandis. Når en neutrino-begivenhed opstår, forlader neutrinoen enten et aflangt spor eller en "kaskadehændelse", hvorved neutrinoens energi koncentreres i et lille, sfærisk volumen inde i isen.

Når kosmiske stråler interagerer med stof i det interstellare medium, producerer de kortlivede pioner, der hurtigt henfalder. "Ladede pioner henfalder til neutrinoerne, der er opdaget af IceCube, og neutrale pioner henfalder til to gammastråler observeret af [NASA's] Fermi [Gamma-ray Space Telescope]," fortalte Halzen Fysik verden.

Neutrinoerne var tidligere blevet uopdaget, fordi de blev overdøvet af et baggrundssignal af neutrinoer og myoner forårsaget af kosmisk stråleinteraktion meget tættere på hjemmet, i Jordens atmosfære.

Denne baggrund efterlader spor, der kommer ind i detektoren, hvorimod neutrinoer med højere energi fra Mælkevejen er mere tilbøjelige til at producere kaskadehændelser. Maskinlæringsalgoritmen udviklet af IceCube-forskere ved TU Dortmund Universitet i Tyskland var i stand til kun at vælge til kaskadebegivenheder, hvilket fjernede meget af den lokale interferens og tillod signalet fra Mælkevejen at skille sig ud.

Selvom det er sværere at få information om den retning, en neutrino er kommet fra i en kaskadebegivenhed, siger Halzen, at kaskadebegivenheder kan rekonstrueres med en præcision på "fem grader eller deromkring". Selvom dette udelukker at identificere specifikke kilder til neutrinoer i Mælkevejen, siger Halzen, at det er tilstrækkeligt at observere strålingsmønsteret fra galaksen og matche det med det, der observeres af gammastråler af Fermi-rumteleskopet.

Det næste skridt for holdet er at forsøge at identificere specifikke kilder til neutrinoer i Mælkevejen. Dette kunne være muligt med den fornyede IceCube, navngivet Gen2, hvilket vil øge størrelsen af ​​detektorområdet til ti kubikkilometer is, når det bliver fuldt operationelt i 2032.

Resultaterne er offentliggjort i Videnskab.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden