地球にまっすぐにエネルギーを照射する超大質量ブラックホールのおかげで、宇宙線の謎がついに解き明かされる

陽子や原子核全体でさえ、非常に高いエネルギーで地球に衝突することがよくあります。これは、科学者が最も強力な物理実験で生成できるエネルギーよりもはるかに高いエネルギーです。100年前に「宇宙線」が発見されて以来、これらの粒子の中で最もエネルギーの高い粒子がどこから来たのか、今まで誰も確信が持てませんでした。

木曜日に、世界中の機関の科学者は、光と単一の高エネルギーニュートリノ粒子からのデータを組み合わせたおかげで、これらの超高エネルギー宇宙線の発生源を確認したと発表しました。その源は、地球にまっすぐに向けられた光と放射の高エネルギージェットを放出する銀河の中心にある超大質量ブラックホールであるブレーザーです。この発見は、ニュートリノのような光以外の粒子が科学者の宇宙の理解を助ける天文学の新しい「マルチメッセンジャー」時代のハイライトです。

「1世紀後、私たちはついに宇宙線の源を見つけました」とウィスコンシン大学の物理学者でアイスキューブニュートリノ天文台の主任研究員であるフランシスハルゼンはギズモードに語った。「しかし、同じようにエキサイティングなのは、私たちがそれを見つけた方法です。」

2017年9月22日、南極点のIceCube検出器は、ニュートリノと呼ばれる粒子を発見しました。この粒子は、290テラ電子ボルト、つまり静止している陽子の290,000倍以上のエネルギーを持ち、数十倍のエネルギーを持っています。大型ハドロン衝突型加速器の陽子よりも。

検出器のコンピューターはニュートリノがどこから来たのかを計算し、世界中の天文学者にメッセージで座標を送りました。科学で本日発表れた論文によると、6日後、地球を周回するフェルミ大面積望遠鏡は、40億光年離れたTXS 0506 +056と呼ばれるブレーザーが同じ場所にあったと報告しました。銀河の中心にある明るいブラックホールは、それを取り巻く塵を食い尽くし、私たちの方向に粒子と光の高エネルギージェットを吐き出していました。他の望遠鏡は、より詳細な情報を得るために探し続けました。

私たちはこのニュートリノを感知し、フェルミはニュートリノの経路にブレーザーがあると言った。それからすべての望遠鏡が見始めた」とハルゼンは言った。「マルチメッセンジャーキャンペーンがなかったら、この情報源は特別なものとして特定されることはなかったでしょう。」

発見は久しぶりでした。物語は、1912年に、オーストリアの物理学者ビクターヘスが、粒子が宇宙から地球を叩きつける大気のより高いところに、より多くの放射線があることに気づいたということです。確かに、私たちは太陽からの放射線と超新星からの宇宙線を受け取りますが、物理学者は何が最高エネルギーの粒子、陽子、そして原子核全体を送ったのか理解できませんでした。これらは、より高いエネルギー持っている可能性が10本の20電子ボルトを。まあ、それはたくさんです。

最近では、科学者たちは1987年のよく研究された超新星からのニュートリノと光の一致を観察しました、と研究に関与しなかったVrijeUniversiteitBrusselの物理学者であるFreyaBlekmanは説明しました。それ以来、「物理学者は、天体物理学の物体が、たとえば宇宙線粒子、光、ラジオ、ニュートリノなどの特徴を生み出していることが本当に真実かどうかをテストしようとしてきました。」

そして、南極点のIceCube検出器が2010年に完全にオンラインになったので、それは明白な源なしで非常に高エネルギーのニュートリノを測定しました。

IceCubeの文字列でのイベントの概略図

本日の発表は、これらすべてのルーズエンドを結び付けています。IceCubeでは、86本の紐が1マイルの氷の下に埋められ、5,000個を超える光センサーが1キロメートルの立方体を覆っています。ニュートリノは地球上の物質とほとんど相互作用しませんが、十分なエネルギーがある場合、ニュートリノは検出器の近くの氷と相互作用し、氷が通常許容するよりも速く移動する結果として生じる粒子からフラッシュを生成できます。

ブレーザーの方を向いているニュートリノは、おそらく偶然ではありません。「フェルミ衛星のおかげで、偶然の可能性がある3つのシグマが見つかりました」とベルリンのフンボルト大学のガンマ線およびニュートリノ宇宙粒子物理学の教授であるElisaBernardiniはGizmodoに説明しました。「つまり、ニュートリノがこの特定の物体と相関していないと言う余地はほとんどありません。」Scienceに本日発表された2番目の論文によると、物理学者はそれ以来、過去10年近くのIceCubeデータを調べ、2014年から2015年にTXS 0506 +056の方向から来るさらに多くの高エネルギーニュートリノイベントを発見しました 

それはニュートリノを説明します、しかしそれはどのように超高エネルギー宇宙線を説明しますか?宇宙線の起源は、直線で移動しないため、謎のままです。それらは、介在する空間に浸透する磁場によって曲げられます。つまり、それらが来た方向を見ると、それらを吐き出したものとはおそらく整列していません。たとえば、この特定のブレーザーの宇宙線はおそらく地球に当たっていません。ただし、ニュートリノと光子は曲がりません。バーナーディニ氏によると、高エネルギーの光子は必ずしも宇宙線を示しているわけではなく、電子から発生する可能性があるという。しかし、高エネルギーニュートリノは、ハドロン、陽子のようなクォークから作られたもの、あるいは原子核全体との相互作用からのみ現れるでしょう。宇宙線のようなもの。

したがって、ブレーザーは高エネルギーのガンマ線を生成するだけでなく、高エネルギーの陽子と原子核も生成し、それらがニュートリノを生成します。言い換えれば、ブレーザーは、何十年もの間科学者を困惑させてきた超高エネルギー宇宙線を生成する可能性があります。

この発見は確かに簡単ではなかった、とブレクマンは言った。「天文学の実験を選択することはできません。何かが望遠鏡に「飛んで」いること、または何か極端なことが起こったときに望遠鏡が正しい方向を向いていたことを幸運に思う必要があります。」

これはエキサイティングな観測かもしれませんが、それは1つにすぎないため、すべての宇宙線やその製造方法を説明することはできません。「明らかに、より多くのデータが必要です。ローレンスバークレー国立研究所の物理学者スペンサークラインはギズモードに語った。「アクセラレータが1つ見つかったので、さらに調べて、それらがどのように機能するかを調べたいと思います。」

このすべての作業は、多くの望遠鏡が一緒になって空を観察することの重要性を示しています。「私たちがニュートリノを感知していなかったら、これは起こらなかっただろう」とハルゼンは言った。「どの望遠鏡でも、この画期的な進歩を遂げることはできなかったでしょう。」

[科学科学]

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