Một Bản Đồ Mới của Vũ Trụ, được Vẽ Bằng Neutrinos Vũ Trụ
#Neutrinos #VũTrụ #IceCube #NguyênTử #QuảnLýĂnHình #HầmỐngAntarctica
Bài viết gốc của câu chuyện này xuất hiện trong Quanta Magazine.
Trong khoảng 100 ngàn tỷ neutrinos đi qua bạn mỗi giây, hầu hết đến từ Mặt Trời hoặc không khí Trái Đất. Tuy nhiên, một số ít hạt này – những hạt di chuyển nhanh hơn nhiều so với phần còn lại – lại di chuyển từ các nguồn mạnh hơn ở xa. Trong nhiều thập kỷ, các nhà vật lý thiên văn học đã tìm kiếm nguồn gốc của các neutrinos “vũ trụ” này. Và giờ đây, Trạm quan sát Neutrino IceCube đã cuối cùng thu thập đủ số lượng lớn các hạt này để phát hiện ra những hình mẫu dấu hiệu trong nơi chúng đến từ.
Trong một bài báo được công bố trong tháng 6 trên tạp chí Science, nhóm nghiên cứu đã tiết lộ bản đồ đầu tiên của Dải Ngân Hà bằng neutrinos. (Thông thường ngày nay, chúng ta đã vẽ bản đồ của Dải Ngân Hà bằng photons, các hạt ánh sáng.) Bản đồ mới cho thấy một thoáng mờ của các neutrinos vũ trụ phát ra từ khắp Dải Ngân Hà, nhưng một cách lạ thường, không có các nguồn riêng biệt nổi bật. “Điều này là một điều bí ẩn,” nhà nghiên cứu Francis Halzen, người dẫn đầu IceCube nói.
Kết quả này tiếp theo sau một nghiên cứu của IceCube từ năm ngoái, cũng được công bố trên tạp chí Science, đã là lần đầu tiên liên kết các neutrinos vũ trụ với một nguồn riêng biệt. Nghiên cứu đó đã chỉ ra rằng một phần lớn các neutrinos vũ trụ đã được phát hiện cho đến nay bởi Trạm quan sát đến từ trái tim của một “galaxy hoạt động” được gọi là NGC 1068. Tại nhân sáng lấp lánh của ngôi sao, chất liệu xoáy vào một lỗ đen siêu khổng lồ tâm, một cách đó làm ra các neutrinos vũ trụ.
“Điều này thực sự làm hài lòng,” Kate Scholberg, một nhà vật lý neutrino tại Đại học Duke, người không tham gia vào nghiên cứu, nói. “Họ đã thực sự xác định được một thiên hà. Đây là điều mà cộng đồng thiên văn học neutrino đã cố gắng thực hiện từ vòng đời của nó.”
Xác định các nguồn neutrinos vũ trụ mở ra khả năng sử dụng các hạt này như một công cụ khám phá vật lý cơ bản mới. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng các neutrinos có thể được sử dụng để mở ra những vết nứt trong mô hình tiêu chuẩn hiện tại về vật lý hạt và thậm chí thử nghiệm các mô tả lượng tử của trọng lực.
Tuy nhiên, việc xác định nguồn gốc của ít nhất một số neutrinos vũ trụ chỉ là một bước đầu. Hiện vẫn còn rất ít thông tin về cách hoạt động xung quanh một số lỗ đen siêu khổng lồ tạo ra các hạt này, và cho đến nay, tất cả các bằng chứng chỉ ra nhiều quá trình hoặc tình huống khác nhau.
Theo: Quanta Magazine
Nguồn: https://www.wired.com/story/cosmic-neutrinos-origin/
The original version of this story appeared in Quanta Magazine.
Of the 100 trillion neutrinos that pass through you every second, most come from the sun or Earth’s atmosphere. But a smattering of the particles—those moving much faster than the rest—traveled here from powerful sources farther away. For decades, astrophysicists have sought the origin of these “cosmic” neutrinos. Now, the IceCube Neutrino Observatory has finally collected enough of them to reveal telltale patterns in where they’re coming from.
In a paper published in June in Science, the team revealed the first map of the Milky Way in neutrinos. (Usually our galaxy is mapped out with photons, particles of light.) The new map shows a diffuse haze of cosmic neutrinos emanating from throughout the Milky Way, but strangely, no individual sources stand out. “It’s a mystery,” said Francis Halzen, who leads IceCube.
The results follow an IceCube study from last fall, also in Science, that was the first to connect cosmic neutrinos to an individual source. It showed that a large chunk of the cosmic neutrinos detected so far by the observatory have come from the heart of an “active” galaxy called NGC 1068. In the galaxy’s glowing core, matter spirals into a central supermassive black hole, somehow making cosmic neutrinos in the process.
“It’s really gratifying,” said Kate Scholberg, a neutrino physicist at Duke University who wasn’t involved in the research. “They’ve actually identified a galaxy. This is the kind of thing the entire neutrino astronomy community has been trying to do for forever.”
Pinpointing cosmic neutrino sources opens up the possibility of using the particles as a new probe of fundamental physics. Researchers have shown that the neutrinos can be used to open cracks in the reigning standard model of particle physics and even test quantum descriptions of gravity.
Yet identifying the origin of at least some cosmic neutrinos is only a first step. Little is known about how the activity around some supermassive black holes generates these particles, and so far the evidence points to multiple processes or circumstances.
Illustration: Merrill Sherman/Quanta Magazine; images courtesy of IceCube Collaboration
Long-Sought Origin
Abundant as they are, neutrinos usually zip through Earth without leaving a trace; a magnificently huge detector had to be built to detect enough of them to perceive patterns in the directions they arrive from. IceCube, built 12 years ago, consists of kilometer-long strings of detectors bored deep into the Antarctic ice. Each year, IceCube detects a dozen or so cosmic neutrinos with such high energy that they clearly stand out against a haze of atmospheric and solar neutrinos. More sophisticated analyses can tease out additional candidate cosmic neutrinos from the rest of the data.
Astrophysicists know that such energetic neutrinos could only arise when fast-moving atomic nuclei, known as cosmic rays, collide with material somewhere in space. And very few places in the universe have magnetic fields strong enough to whip cosmic rays up to sufficient energies. Gamma-ray bursts, ultrabright flashes of light that occur when some stars go supernova or when neutron stars spiral into each other, were long thought one of the most plausible options. The only real alternative was active galactic nuclei, or AGNs—galaxies whose central supermassive black holes spew out particles and radiation as matter falls in.
[ad_2]
