研究結果は、専門家が参加した科学オンラインウェビナーで発表されました。
科学者たちは何をしましたか？
初めての国際的な天文学者グループ地球から4,700万光年離れた銀河NGC 1068から高エネルギーニュートリノが放出されている証拠を発見した。メシエ 77 としても知られ、くじら座にあります。 NGC 1068 は、その明るさと活動により、最も有名でよく研究されている天体の 1 つです。 1780 年に発見され、現在は大型双眼鏡で観察できるようになりました。
科学者は NGC 1068 について多くのことを知っているという事実にもかかわらず、その隠れたニュートリノ活動を観察することはそれほど簡単ではありませんでした。正確には、少し後で説明します。
彼らはどのようにそれをしましたか？
科学者は天文台のおかげでニュートリノを発見アイスキューブ。これは、南極近くの南極大陸の表面下 1.5 ～ 2.5 km にある 10 億トンの処理された氷をカバーする巨大なニュートリノ望遠鏡です。
ニュートリノが南極の透明な氷内の分子と相互作用すると、二次粒子が生成され、その二次粒子が IceCube 検出器を通過する際に青い光の痕跡を残します。
画像クレジットと著作権: Nicole R. Fuller, IceCube/NSF
これは、探検するユニークな展望台ですニュートリノの助けを借りて、ここ地球上の宇宙の最も遠い隅。科学者が 2018 年に高エネルギー ニュートリノ源の最初の観測を報告したのは彼のおかげです。私たちは、地球から40億光年離れた星座であるオリオン座の左肩にある強力なブレーザーであるオブジェクトTXS 0506 + 056について話している.
高エネルギー ニュートリノと宇宙線の第 2 の発生源の発見は、30 年以上にわたる科学的研究の成果です。イラスト：アイスキューブ/NSF
ニュートリノが南極の透明な氷中の分子と相互作用すると、二次粒子が生成されます。 IceCube 検出器を通過すると、青い光の跡が残ります。
合計すると、彼は約NGC 1068 からはテラ電子ボルトのエネルギーを持つ 80 個のニュートリノが放出されました。新しい研究の著者らが説明しているように、検出器の校正を注意深く更新したおかげで粒子を「捕捉」することができました。機器操作の専門家の作業により、ニュートリノの方向の再構築が改善されました。簡単に言うと、物理学者は NGC 1068 からの粒子の経路をより正確に追跡できるようになりました。
ニュートリノとは何ですか？
ニュートリノは中性物質の通称です半整数スピンを持つ基本粒子。それらの特徴は、弱い重力相互作用にのみ関与し、レプトンのクラスに属することです。現在、物理学者はこれらの粒子について、電子、ミューニュートリノ、タウニュートリノ、およびそれらに対応する反粒子の 3 種類について知っています。ニュートリノのもう 1 つの特徴は、質量が非常に小さく、電荷を持たないことです。それらは星の熱核反応や超新星爆発で生まれます。 。
IceCube 検出器の図。図: IceCube/NSF
これらの粒子の研究は、物理学において最も重要な分野の 1 つです。彼らの助けを借りて、科学者は標準モデルを超える効果を見つけて研究します。
標準モデル - 理論的すべての素粒子の電磁相互作用、弱い相互作用、および強い相互作用を記述する素粒子物理学の概念。現代の定式化は、クォークの存在が実験的に確認された後、約 20 年前に完成しました。
天文学者は太陽ニュートリノの助けを借りて、太陽で起こるプロセスをリアルタイムで研究しています。
ニュートリノはどのように「働く」のか?
ニュートリノは光とは異なり、外から逃げることができます。宇宙の超高密度環境が地球に到達します。銀河系外空間に浸透する物質や電磁場は、事実上影響を与えません。
科学者たちはニュートリノ天文学をさらに考案しましたが、60 年前、粒子と物質および放射線との弱い相互作用により、粒子を検出することは信じられないほど困難でした。しかし、これは依然として非常に重要です。科学者はニュートリノを、宇宙の最も極端な物体を研究するのに役立つ「鍵」と呼んでいます。
銀河の「ニュートリノ供給者」について何がわかっているのでしょうか?
天の川もそうですが、NGC 1068 は、緩く巻かれた腕と比較的小さな中央の膨らみを持つ棒渦巻銀河です。ただし、私たちの銀河とは異なり、NGC 1068 は活動天体です。これは、放射線の大部分は星ではなく、中心のブラックホールに落ち込む物質によって生成されることを意味します。それは太陽や、私たちの銀河の中心にある不活動のブラックホールである射手座A*よりも何百万倍も重いです。
渦巻銀河NGC 1068のハッブル画像。クレジット: NASA/ESA/A.ファン・デル・ホーベン
NGC 1068 も II 型セイファート銀河に属しています。
セイファート銀河 - 渦巻きまたは活動核を含む不規則な銀河で、その発光スペクトルには多くの明るい広帯域が含まれており、最大秒速数千キロメートルの速度で強力なガスが放出されていることを示しています。タイプ II の天体は特徴的な明るいコアを持ち、赤外線で観察すると明るく見えます。
主な問題
NGC 1068 は、地球から次のような角度で見ることができます。ブラックホールが位置する中心領域は観察から隠されています。また、タイプ II セイファート銀河では、核塵のトーラスが高エネルギー放射線のほとんどを覆い隠しています。それは、銀河の中心に向かってゆっくりとらせん状に動くガスと粒子の高密度の塊によって生成されます。
これらすべてと放射線はブロックされるはずですガンマ線。そうでなければ、ニュートリノに「同行」して科学者を助けることになるでしょう。現在、物理学者たちは IceCube の検出器を校正し、NGC 1068 の核からとらえどころのない粒子を検出したため、ガンマ線を考慮せずに、超大質量ブラックホールの周囲の環境についてさらに学習しています。
銀河からのニュートリノを数えることはなぜそれほど重要なのですか?
研究の著者によると、TXS 0506+056 と NGC 1068 IceCube のニュートリノ測定は、科学者が 100 年以上にわたって求めてきた宇宙線の起源に関する疑問の答えに一歩近づいた。
夕暮れ時の IceCube Lab の眺め。
クレジットと著作権: Martin Wolf、IceCube/NSF
今、科学者たちはそれが何であるかを知っています宇宙から猛スピードで「飛行」する、別々の無関係な荷電粒子の流れ。それらは陽子が大部分を占めますが、電子、ヘリウム原子核、およびより重い化学元素も含まれています。
さらに、この研究は、科学者が宇宙にもっと多くのそのような物体が存在する可能性があることを理解するのに役立ちました.それらはまだ特定されていません。
次は何ですか？
将来的には、NGC 1068 がベンチマークとなるでしょう。研究著者らによると、ニュートリノ望遠鏡。はい、これはすでに天文学者にとって非常によく研究されている天体です。しかし、ニュートリノを使用すると、科学者はこの銀河をまったく異なる方法で見ることができるようになります。
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ソース：
近くの活動銀河 NGC 1068 からのニュートリノ放出の証拠、科学 (2022)
ニュートリノは隠された銀河活動を明らかにする、科学 (2022)
表紙：棒渦巻銀河NGC 1068
貢献者: NASA、ESA、Alex Filippenko (UC Berkeley)、William Sparks (STScI)、Louis C. Ho (KIAA-PKU)、Matthew A. Malkan (UCLA)、Alessandro Capetti (STScI)、Alyssa Pagan (STScI)