易坊好文馆

  1. 首页 > 奇闻 >

埋在南极冰原下，占地一平方公里，科学家终于探测到“神秘信号”( 二 )

科学家 中微子 南极 冰立方



猎户座
“德克萨斯”是一个非常高能的耀变体 ， 其类型为BL Lac天体 ， 它的显著特征是快速和大幅度的通量变化 ， 以及显著的光振偏 。 同时“德克萨斯”是第一个已知高能天体物理中微子 ， 此前被观测到的唯一天文来源是太阳和超新星1987A 。
“德克萨斯”被正式命名前 ， 其信号发现是在2017年9月22日 。 冰立方天文台探测到了一个高能缪子介子中微子 ， 并将其命名为IceCube-170922A 。

超新星1987A概念图
当前大型强子对撞机最多可以产生13兆电子伏特的能量 ， 但这个信号的能量高达290兆电子伏特 。 整个探测过程结束后的一分钟 ， 冰立方向全球天文学家发送了自动警报 ， 同时附上坐标以寻找可能的来源 。
经过对相关宽域的天空区域进行搜索后 ， 科学家只发现了一个可能的来源 ， 这便是“德克萨斯” ， 该名字也是来源于其常用的电信号频道 。

不过它并不是第一次出现在科学家们的眼前 ， 很早之前这个耀变体就被发现过了 ， 并且当时处于高伽马射线发射的状态 。 科学家们记录下来了这个耀变体的电磁光谱 ， 包括无线电信号、红外线、X射线、伽马射线等 。
冰立方封存的中微子存档数据中搜索发现 ， 2014年至2015年早期低能中微子耀斑的预发现形式 ， 这个发现支持了将耀变体确定为中微子的来源 。

随后在几年的观测中 ， 冰立方的对其中微子在低伽马射线通量中的发现 ， 表明“德克萨斯”可能是一个非典型耀变体 。 2020年 ， 另一个使用MASTER全球望远镜网络的项目里发现 ， 当初在冰立方发出警报后的一分钟 ， “德克萨斯”的光谱处在关闭状态 ， 2小时之后重新开启 ， 这也证实了该耀变体处于中微子效率状态 。

宇宙射线
超越观察的观察为什么说中微子的发现让不少天文学家为之兴奋？原因在于要观察到这种运动实在是太难了 ， 这可以说是人类科学技术的另一个天花板了 。
关于中微子的研究早就不是什么新鲜事 ， 也不是什么神秘事件 ， 早在上世纪60年代就开始了相关研究 ， 只不过这次信号的最初发现确实让人迷惑 。

中微子
作为天文学中的一个分支 ， 中微子是某些放射性衰变、核反应或高能天体物理现象 ， 例如核反应堆或宇宙射线撞击大气中的原子而产生 。
由于中微子是电中性轻子 ， 很少和物质相互作用 。 但当它们与大气中的水分子反应时 ， 会产生带点轻子 ， 例如电子、介子、陶斯 。 假如这些带电轻子的能量足够大 ， 那么它们可以发射契伦科夫辐射 。

不过中微子的相互作用即使发生了也会非常弱 ， 因此探测这种信号的设备通常都会有非常大的质量 ， 往往会有数千吨 。 探测器在探测过程中 ， 还必须具备屏蔽一些背景信号的能力 ， 不然会严重影响观测效果 。
上世纪60年代 ， 戴维斯和巴考尔就探测到了第一个太阳中微子 。 随后一直到70年代、80年代 ， 美国、苏联、日本都有不同程度的对中微子进行观测研究 。 到了2002年 ， 戴维斯和小柴昌俊还共同获得了当年的诺贝尔奖 。

地球接收信号
进入21世纪后 ， 苏联的杜曼项目衰落 ， 由此小组分支出去的三个分支分别对不同海域地区都建立了相关研究室 。 经过数年间的建设观测 ， 这些实验室逐渐升级 ， 其中的一个望远镜项目便是今天的冰立方 。
契伦科夫辐射反应的带电粒子与水分子的反应效果 ， 就像是水中轮船的船头冲击速度快于其穿过的波浪 。 冰立方所携带的光电倍增管可以检测到这种变化 ， 从而构成其内部的数字光学模块数据 。

埋入南极冰层下方的探测器
来自冰立方里的单板数据采集计算机信号被数字化之后 ， 通过电缆发送到冰川表面 ， 这些信号通过地面计数室收集 ， 并经由卫星向北发送以进行进一步分析 。
由于中微子相互作用的罕见性 ， 保持低背景信号非常关键 。 也正是出于这个原因 ， 大多数中微子探测器都是在地底深处的岩石下方 ， 或者像南极的冰立方这样 ， 位处于水覆盖层下去建造 。

即便如此 ， 仍然会有不少混杂信号会不可避免地进入探测器 ， 大多数时候这种信号都是带有一定“杂质”的 。 由此可见 ， 探测证实一次中微子信号有多难了吧 。
不仅仅是观察要说观察中微子是为什么 ， 整个关联那真的就大了去了 。 中微子这种来自深空的高能粒子 ， 大多是宇宙中那些异常剧烈的高能过程产物 。

推荐阅读


上一篇：一睁眼就能看到几百光年外的星星，说明人眼的速度大于光速吗？

下一篇：中方启动移居太空计划？紫金山天文台锁定100个恒星，令NASA如坐针毡