天文学者が正しければ、昨年 9 月 22 日に南極の下で計測された氷の帯を照らした幽霊のような粒子は、遠い銀河からのメッセンジャーでした。この粒子はニュートリノであり、電気的に中性でほとんど質量がなく、その経路はそれを作り出した銀河系外の出来事までさかのぼることができました。南極の検出器である IceCube によって手がかりを得て、周回中のフェルミ ガンマレイ宇宙望遠鏡は、ニュートリノが、超大質量ブラック ホールによって供給される非常に明るい放射線源である、遠く離れたブレーザーから来た可能性が高いことを発見しました。
天文学者は、ほとんど光の速度で移動し、他の物質とほとんど相互作用しないニュートリノを使用して、暴力的な宇宙イベントについて学ぶ可能性に長い間興味をそそられてきました。今日 Science で報告された新しい発見 、ニュートリノ天文学の創設イベントをマークすることができます.この検出はまた、ガンマ線から電波まで、電磁スペクトルのすべての部分で望遠鏡やその他の機器がフレアブレーザーを研究した、別の新しい傾向であるマルチメッセンジャー天文学の強力な例を引き起こしました.
ニュートリノを生成するブレーザーは、天文学における数十年にわたる謎の解明にも役立つ可能性があります。時折地球に衝突する非常に高エネルギーの陽子やその他の原子核はどこから来るのでしょうか?超高エネルギー宇宙線として知られるこれらの粒子は、地上の粒子加速器でこれまでに生成されたものよりも 100 万倍のエネルギーを持っていますが、そのような巨大なエネルギーに加速するものは不明です。疑わしいものには、中性子星、ガンマ線バースト、超新星、および一部の銀河の中心にある放射線を噴出するブラック ホールが含まれますが、発生源が何であれ、高エネルギー ニュートリノは副産物である可能性があります。 IceCube チームが正しければ、これらの宇宙線の発生源として最初に確認されたのはブレーザーである可能性があります。
しかし、研究者は、ニュートリノとブレーザーの間のリンクは堅固ではないことに注意しています。 「それは非常に食欲をそそる観察であり、それが確認されることを強く望んでいます」とソルトレイクシティのユタ大学のピエール・ソコルスキーは言います.イスラエルのレホヴォトにあるワイツマン科学研究所のイーライ・ワックスマンは、「これらの観察結果に対する彼らの解釈が正しければ、革命的で驚くべきものになるでしょう。しかし、彼は、「並外れた結果には並外れたサポートが必要であり、そのサポートはまだ特別なものではありません.」と付け加えています.
2010 年に完成した IceCube ニュートリノ検出器は、南極の 1 立方キロメートルの氷の中で、とらえどころのないこれらの粒子を捕らえます。ニュートリノが凍った水分子の原子核に衝突すると、他の粒子は反動で飛び去ります。減速すると、チェレンコフ放射と呼ばれる光を放出し、IceCube の 5160 光検出器の一部がこれを検出する可能性があります。検出された光の位置、タイミング、明るさに基づいて、研究者はニュートリノの経路とエネルギーを再構築できます。
宇宙起源の極光ショー
IceCube によって検出されたニュートリノのほとんどは、地球の高層大気に衝突する宇宙線によって生成された近くで発生しました。 IceCube の研究者は、さまざまな方法を使用してそれらを排除し、30 兆電子ボルト (TeV) を超える非常に高エネルギーのニュートリノをごくわずかに残します。 2013 年、IceCube チームは最初にそのようなイベントのいくつかを明らかにし、それらの高いエネルギーやその他の特性は、それらが私たちの銀河の外から来たに違いないことを示していたと主張しました.検出器は、年間約 12 個の高エネルギー ニュートリノを取り込み続けています。明確な方向性を持ったきれいな軌跡が得られると、他の望遠鏡がスクランブルをかけ、明らかな宇宙の源があるかどうかを確認しますが、これまでは成功していませんでした.
2016 年、IceCube の運用者は、捜索に関与するさまざまな波長の望遠鏡が増えることを期待して、アラート サービスを設定しました。そして昨年 9 月、IceCube は幸運に恵まれました。 IceCube-170922A と呼ばれ、290 TeV のエネルギーを持つと計算された検出されたニュートリノは、宇宙に戻る比較的明確な軌跡を提供しました。 1 分も経たないうちに自動アラートが発せられました。
いくつかの天文台は、最初は何も異常を見ていませんでした。 6 日後、Fermi チームは、衛星が TXS 0506+056 として知られ、IceCube によって提案されたニュートリノ トラックからわずか 0.1° 離れたブレーザーが特に明るく、数か月前にフレアを開始したことを発見したと報告しました。すぐに、十数台の望遠鏡がブレーザーを調査しました。ブレーザーは、クエーサーと同様に、超大質量ブラック ホールを動力とする遠方の宇宙ビーコンであり、強力な放射線を生成し、極から粒子のジェットを発射します。ブレザーは非常に明るいと天文学者は信じています。なぜなら、ブレザーのジェットはたまたま地球にまっすぐ向けられているからです。
IceCube と他の観測者は、ニュートリノの経路とブレーザーが偶然に一致した確率をおよそ 740 分の 1 と見積もっています。しかし、物理学者と天文学者は通常、350 万分の 1 以下になるまで、2 つの現象が関連しているとは確信していません。 、または 5 シグマ、偶然の確率。
また、IceCube の研究者は、過去に同じ場所から過剰な高エネルギー ニュートリノが流れていたかどうかを確認するために、ほぼ 10 年間のデータを調べました。彼らは、2014 年後半から 2015 年初頭にかけて、IceCube がその地点から通常よりも約 13 個多いニュートリノを検出した 150 日間の期間を発見しました。その時点で TXS 0506+056 がフレアを発していたかどうかはまだ明らかではありませんが、ウィスコンシン大学マディソン校の IceCube 主任研究員である Francis Halzen 氏は、「アーカイブ イベントは最近の検出よりもはるかに興味深いものでした」と述べています。
Sokolsky と Waxman は、IceCube の 2017 年 9 月の検出により、プロジェクトの長年の計画が強化され、装置のサイズが大幅に拡大され、検出できるニュートリノの数が増加し、そのポインティング精度が向上することに同意します。 IceCube が構築されて以来、チームは氷が以前に考えられていたよりも透明であることを発見したため、光検出器の数を 2 倍にするだけで、IceCube を 10 倍大きくすることができると信じています。チームはそれをテストするための実験を開始しようとしています。 「10 倍の大きさの検出器があれば、[高エネルギー中性子がどこから来るのか] の答えは明らかです」と Waxman 氏は言います。
