费米帮助将宇宙中微子连接到Blazar爆炸

点击次数:90   更新时间:2018-05-15   【关闭

em近100亿年前,银河系中心的黑洞被称为PKS B1424-418,产生了强大的爆发。这次爆炸的光线于2012年开始抵达地球。现在,使用美国宇航局费米伽玛射线太空望远镜数据的天文学家已经表明,同一时间看到的破纪录的中微子可能出现在同一事件中。 / em

em NASA戈达德科学家Roopesh Ojha解释了Fermi和TANAMI如何揭示blazar爆发与深空中微子之间的首次合理联系。 / em

美国宇航局戈达德太空飞行中心的费米团队成员Roopesh Ojha表示:“中微子是最快,最轻,最难分离和最不理解的基本粒子,而我们现在能够探测从我们银河系外飞来的高能量中微子。 Greenbelt,马里兰州和该研究的合着者。 “我们的工作提供了单个河外物体与这些宇宙中微子之一之间的第一个合理关联。”

虽然中微子远远超过宇宙中的所有原子,但它们很少与物质相互作用,这使得探测它们成为一项挑战。但是,同样的特性让中微子能够快速离开光线不能轻易逃脱的地方 - 如坍缩恒星的核心 - 几乎完全不受阻碍地穿过宇宙。中微子可以提供有关只通过光学研究无法获得的过程和环境的信息。

IceCube Neutrino天文台在南极建成一立方公里的冰晶冰,当它们与冰原子相互作用时探测中微子。这触发了一系列快速移动的带电粒子,它们在行进时发出微弱的辉光,称为切伦科夫光,这是由数以万计贯穿整个IceCube的光学传感器拾取的。科学家通过粒子级联发射的光量来确定输入中微子的能量。

迄今为止,IceCube科学小组已经发现了大约一百个非常高能量的中微子,并在儿童电视剧“芝麻街”中的角色之后昵称了一些极端事件。2012年12月4日,IceCube发现了一个名为Big鸟,一种能量超过2千兆电子伏特(PeV)的中微子。从这个角度来看,它比一个被认为具有小于百万分之一电子质量的单个粒子的牙科X射线的能量高出一亿倍以上。大鸟是当时发现的能量最高的中微子,仍然排名第二。

它从哪里来的?最好的冰块位置只能将源头缩小到32度左右的南方天空,相当于64个满月的表观尺寸。

进入费米。从2012年夏天开始,该卫星的大面积望远镜(LAT)目击了PKS B1424-418,一个被归类为伽玛射线的活动星系的显着增亮。一个活跃的星系是一个其他典型的星系,它具有紧凑而异常明亮的核心。中心区域的多余光度是由物质向超重质黑洞落下,重量为我们太阳质量的数百万倍。当它接近黑洞时,一些材料变成引导向近似光速向相反方向移动的粒子射流。在blazars中,其中一架喷气机几乎直接指向地球。

费米LAT图像显示blazar PKS B1424-418周围的伽玛射线天空。更亮的颜色表示更多的伽马射线。虚线圆弧表示由IceCube为大鸟中微子(50%置信水平)建立的源区域的一部分。左:平均2011年7月8日集中的LAT数据,当blazar不活跃时覆盖300天。右:2013年2月27日,平均有300天活动,当时PKS B1424-418是这部分天空中最亮的空白。

在长达一年的爆发期间,PKS B1424-418在伽玛射线中发出的光亮度要比喷发前的平均值高出15至30倍。 blazar位于大鸟源区域,但费米检测到的许多其他活动星系也是如此。

寻找中微子源的科学家们转而使用名为TANAMI的长期观测计划的数据。自2007年以来,TANAMI经常监测南部天空中近100个活跃的星系,其中包括费米发现的许多耀斑源。该计划包括利用澳大利亚长基线阵列(LBA)和智利,南非,新西兰和南极洲的相关望远镜定期进行无线电观测。当联网时,它们作为一个超过6000英里的单一射电望远镜运行,并为活跃星系的射流提供独特的高分辨率外观。

2011年至2013年期间的三次无线电观测PKS B1424-418覆盖费米爆发期。他们发现,该银河的核心喷气机已经增亮了大约四倍。 TANAMI在节目的整个生命周期中没有观察到其他星系展现出如此巨大的变化。

德国埃尔兰根 - 纽伦堡大学的博士生Felicia Krauss说:“我们仔细研究了大鸟一定是从哪里开始寻找能够产生高能粒子和光的天体物理物体的领域。 “当我们意识到我们在一次空袭中看到的最戏剧性的爆发发生在正确的时间恰当的地方时,我们有一阵惊奇和敬畏。”

在4月18日星期一发表在“自然物理”杂志上的一篇论文中,研究小组建议将PKS B1424-418爆发与大鸟联系起来,仅计算两个事件偶然发生的概率为5%。研究人员利用来自费米,美国宇航局斯威夫特和WISE卫星,LBA和其他设施的数据,确定爆发的能量是如何分布在整个电磁波谱上的,并表明它足够强大,可以在PeV能量下产生中微子。

“考虑到所有的观察结果,blazar似乎具有发射大鸟中微子的手段,动机和机会,这使它成为我们的主要嫌疑犯,”主要作者Matthias Kadler说,他是天主教大学天体物理学教授德国的维尔茨堡。

威斯康星大学麦迪逊分校IceCube的首席研究员Francis Halzen并未参与此项研究,他认为结果是令人兴奋的事情。 “当IceCube记录一个中微子时,它即将发出实时警报,这个中微子可以定位在一个稍微大于半个角度的区域,或者略大于满月的表观尺寸。”他说。 “我们正慢慢向宇宙开放一个中微子窗口。”

美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜是与美国能源部合作开发的天体物理学和粒子物理学合作伙伴计划,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。

出版物:M. Kadler等人,“高通量blazar爆发与PeV能中微子事件的契合”,Nature Physics(2016); DOI:10.1038 / nphys3715

资料来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心弗朗西斯雷迪