이 예술적 렌더링에서, 블라 자르는 중성미자와 감마선을 생성하는 피온을 생성하는 양성자를 가속화하고 있습니다. 뉴트리노 스는 항상 여기에 표시된 것과 같은 하드론 반응의 결과입니다. 감마선은 전자파 및 전자기 상호 작용으로 생성 될 수 있습니다. (ICECUBE / NASA)

우주 최초 : 우주 전역의 타오르는 은하에서 발견 된 초고 에너지 뉴트리 노스

1987 년, 우리는 초신성의 다른 은하에서 중성미자를 발견했습니다. 30 년 동안 기다린 후에 더 좋은 것을 발견했습니다.

과학의 위대한 미스터리 중 하나는 거기에 무엇이 있는지뿐만 아니라 지구에서 우리가 감지하는 신호를 만드는 것입니다. 한 세기가 넘는 시간 동안, 우리는 우주를 통한 압축이 우주 광선이라는 것을 알고 있습니다. 우리 은하 너머에서 발생하는 고 에너지 입자. 이 입자들에 대한 일부 출처가 밝혀졌지만 가장 에너지가 많은 것들을 포함하여 이들 중 압도적 다수는 미스터리로 남아 있습니다.

오늘부터 모든 것이 바뀌 었습니다. 2017 년 9 월 22 일 IceCube의 협력으로 남극에 도착한 초고 에너지 중성미자가 감지되어 그 출처를 확인할 수있었습니다. 일련의 감마선 망원경이 같은 위치를 보았을 때, 그들은 신호를 보았을뿐만 아니라 그 순간에 불타 오르는 기괴함을 식별했습니다. 마침내 인류는 이러한 초 에너지 우주 입자를 생성하는 소스를 하나 이상 발견했습니다.

블랙홀이 물질을 공급할 때, 이들은 부착 디스크와 이에 수직 인 양극 제트를 생성합니다. 초 거대 블랙홀의 제트가 우리를 가리킬 때, 우리는 그것을 BL Lacertae 물체 또는 블라 자르라고 부릅니다. 이것은 현재 우주 광선과 고 에너지 중성미자의 주요 원천으로 여겨지고 있습니다. (NASA / JPL)

우리가 보는 모든 곳에서 우주는보고 상호 작용할 것들로 가득합니다. 물질은 은하계, 별, 행성, 심지어 사람들로 모여 있습니다. 방사선은 전자기 스펙트럼 전체를 덮는 우주를 통해 흐릅니다. 그리고 모든 입방 센티미터의 공간에서 중성미자로 알려진 수백 개의 유령, 작은 덩어리 입자가 발견됩니다.

적어도 그들이 조작하는 방법을 알고있는 정상적인 문제에 대해 알아볼 수있는 빈도와 상호 작용하면 발견 될 수 있습니다. 대신, 중성미자는 광년을 통과하여 입자와 50/50 샷의 충돌을 일으켰습니다. 1930 년 제안 이후 수십 년 동안 우리는 중성미자를 감지 할 수 없었습니다.

원자로 실험 RA-6 (Republica Argentina 6), en marcha, 수 중에서 가장 빠른 수중 입자 방출로 인한 체렌 코프 방사선 특성을 보여줍니다. 1930 년에 파울리가 처음으로 가정 한 중성미자 (또는보다 정확하게는 중성 구균)가 1956 년에 유사한 원자로에서 발견되었습니다. (CENTRO ATOMICO BARILOCHE, VIA PIECK DARÍO)

1956 년에, 우리는 중성미자가 생산되는 곳에서 불과 몇 발자국 떨어진 원자로 바로 바깥에 탐지기를 설치하여이를 탐지했습니다. 1960 년대에 우리는 태양과 대기와의 우주 광선 충돌에 의해 생성 된 중성미자를 찾기 위해 지하에 다른 오염 입자로부터 차폐 된 충분히 큰 검출기를 구축했습니다.

그런 다음 1987 년에 그것은 우리에게 중성미자를 감지 할 수있는 초신성을 집에 너무 가까이 주었다. 완전히 무관 한 목적으로 진행된 실험은 SN 1987A의 중성미자를 발견하여 다중-메신저 천문학 시대를 열었습니다. 우리가 알 수있는 한 뉴트리노 스는 빛의 속도와 구별 할 수없는 에너지로 우주를 가로 질러 여행했다.

약 165,000 광년 떨어진 대 마젤란운에 위치한 초신성 1987a의 잔해. 중성미자가 첫 번째 광신 호가 도착하기 몇 시간 전에 도착한 사실은 빛의 속도와 구분할 수없는 중성미자가 이동하는 속도보다 별의 초신성 층을 통해 빛이 전파되는 데 걸리는 시간에 대해 더 많은 것을 가르쳐주었습니다. 중성미자, 빛, 중력은 이제 모두 같은 속도로 움직입니다. (NOEL CARBONI & ESA / ESO / NASA PHOTOSHOP FITS LIBERATOR)

약 30 년 동안, 초신성의 중성미자는 우리가 태양계 외부에서 온 것으로 확인한 유일한 중성미자였으며, 우리 은하보다 훨씬 적은 양이었습니다. 그러나 이것이 우리가 더 먼 중성미자를받지 않았다는 것을 의미하지는 않습니다. 그것은 우리가 하늘에서 알려진 소스로 그것들을 강력하게 식별 할 수 없다는 것을 의미했습니다. 중성미자는 물질과 매우 약하게 상호 작용하지만 에너지가 높으면 상호 작용할 가능성이 더 큽니다.

그곳은 IceCube 중성미자 관측소가 들어온 곳입니다.

동종 최초의 중성미자 관측소 인 IceCube 전망대는 남극 얼음 아래에서이 러한 고 에너지 입자를 관찰하도록 설계되었습니다. (EMANUEL JACOBI, ICECUBE / NSF)

남극 얼음 깊숙한 곳에서 IceCube는 입방 킬로미터의 고체 물질을 둘러싸고 거의 질량이없는 중성미자를 찾습니다. 중성미자가 지구를 통과 할 때 거기에있는 입자와 상호 작용할 가능성이 있습니다. 상호 작용은 입자의 샤워로 이어질 수 있으며, 이는 탐지기에 확실한 서명을 남겨 두어야합니다.

이 그림에서 중성미자는 얼음 분자와 상호 작용하여 얼음에서 상대 속도로 움직이는 2 차 입자 인 뮤온을 생성하여 그 뒤에 푸른 빛의 흔적을 남겼습니다. (NICOLLE R. FULLER / NSF / ICECUBE)

IceCube는 6 년 동안 100 TeV 이상의 에너지를 가진 80 개 이상의 고 에너지 우주 중성미자를 감지했습니다. LHC의 모든 입자가 달성 한 최고 에너지의 10 배 이상입니다. 그들 중 일부는 PeV 스케일을 만들어서 가장 많은 알려진 기본 입자를 만드는 데 필요한 것보다 수천 배나 큰 에너지를 달성했습니다.

그러나 지구에 도착한이 우주 기원의 중성미자에도 불구하고 우리는 아직 결정적인 위치를 제공하는 하늘의 출처와 일치하지 않았습니다. 이 중성미자를 감지하는 것은 엄청난 업적이지만, 우주에서 실제로 관찰 된 물체와 상관 관계가 없다면 (예를 들어, 어떤 형태의 전자기 광에서도 관찰 가능), 그것들을 만드는 원인에 대한 실마리는 없습니다.

중성미자가 맑은 남극 얼음에서 상호 작용할 때, IceCube 감지기를 통과 할 때 푸른 빛을 남기는 2 차 입자를 생성합니다. (NICOLLE R. FULLER / NSF / ICECUBE)

이론가들은 다음과 같은 아이디어를내는 데 아무런 문제가 없었습니다.

  • 초신성, 초신성의 모든 초신성,
  • 감마선 폭발,
  • 타오르는 블랙홀,
  • 또는 우주에서 가장 큰 활성 블랙홀 인 퀘이사.

그러나 결정하려면 증거가 필요합니다.

IceCube가 탐지 한 고 에너지 중성미자 사건의 예 : 2014 년에 감지기를 다시 치는 4.45 PeV 중성미자.

IceCube는 발견 된 모든 초고 에너지 중성미자와 함께 출시를 추적하고 발행하고 있습니다. 2017 년 9 월 22 일에는 또 다른 이벤트 인 IceCube-170922A가 나타났습니다. 발표 된 릴리스에서 다음을 언급했습니다.

2017 년 9 월 22 일 IceCube는 천체 물리적 발생 가능성이 높은 트랙 형, 매우 높은 에너지 이벤트를 감지했습니다. 이벤트는 EHE (Extrely High Energy) 트랙 이벤트 선택으로 식별되었습니다. IceCube 감지기가 정상 작동 상태에있었습니다. EHE 사건은 일반적으로 검출기 외부에있는 중성미자 상호 작용 정점을 갖고, 검출기 부피를 가로 지르는 뮤온을 생성하며, 높은 광 레벨 (에너지 프록시)을 갖는다.
대기에서 양성자와 원자를 쳐서 우주 광선 샤워 입자를 방출하지만 Cherenkov 방사선으로 인해 빛을 방출합니다. 하늘에서 나오는 우주 광선과 지구를 치는 중성미자를 모두 관찰함으로써 우연의 일치를 사용하여 두 근원을 알아낼 수 있습니다. (SIMON SWORDY (U. CHICAGO), NASA)

이 노력은 중성미자뿐만 아니라 일반적으로 우주 광선에도 흥미 롭습니다. 1 세기 이상 수백만 개의 고 에너지 우주 광선을 보았음에도 불구하고, 대부분의 기원이 어디인지 이해하지 못합니다. 이것은 소스와 대기에서 캐스케이드 / 샤워를 통해 생성 된 양성자, 핵 및 중성미자에 해당됩니다.

IceCube는 경고와 함께이 중성미자가 하늘에서 다음 위치에 시작해야 할 위치에 대한 좌표를 제공하는 것이 매우 매력적인 이유입니다.

  • RA : 77.43도 (-0.80도 /+1.30도 90 % PSF 포함) J2000
  • 12 월 : 5.72도 (-0.40도 /+0.70도 90 % PSF 포함) J2000

그리고 이로 인해 전자기 스펙트럼에 대한 후속 관찰을 시도하는 관찰자들이이 목표에 도달했습니다.

활동 은하 핵에 대한 작가의 인상. 고정 디스크의 중앙에있는 초대형 블랙홀은 디스크에 수직 인 좁은 고 에너지 물질을 공간으로 보냅니다. 이 우주 광선과 중성미자의 기원은 약 40 억 광년 떨어져 있습니다. (과학, 과학 커뮤니케이션 실험실)

이것은 현기증입니다. 현재 활성 상태에있는 초 거대 블랙홀로 물질을 공급하고 엄청난 속도로 가속화합니다. Blazars는 퀘이사와 비슷하지만 한 가지 중요한 차이점이 있습니다. 퀘이사는 어떤 방향 으로든 방향을 잡을 수 있지만, 블라 자르는 항상 제트기 중 하나가 지구를 직접 향하게합니다. 그들은 바로 당신을 "블레이즈"하기 때문에 블라 자르라고합니다.

이 특별한 blazar는 TXS 0506 + 056으로 알려져 있으며, NASA의 Fermi 천문대와 카나리아 제도의 지상 기반 MAGIC 망원경을 포함한 수많은 관측소가 감마선을 즉시 감지했습니다.

지구와 우주에서 약 20 개의 관측소가 IceCube가 지난 9 월의 중성미자를 관찰 한 위치를 추적 관찰하여 과학자들이 매우 높은 에너지 중성미자 및 우주 광선의 원천으로 간주되는 것을 식별 할 수있었습니다. 중성미자 외에도 전자기 스펙트럼에서 관측 된 결과에는 감마선, X 선 및 광학 및 무선 방사선이 포함됩니다. (NICOLLE R. FULLER / NSF / ICECUBE)

그뿐만 아니라 중성미자가 도착했을 때, 블라 자르는 타오르는 상태에있는 것으로 밝혀졌으며, 그러한 물체가 경험하는 가장 활발한 유출에 해당합니다. 유출이 최고조에 달한 이후 IceCube와 제휴 한 연구자들은 2017 년 9 월 22 일 플레어 이전에 10 년 동안의 기록을 검토하고 TXS 0506 + 056의 입장에서 비롯된 중성미자 사건을 검색했습니다.

즉각적인 발견? 뉴트리노 스는 수년에 걸쳐이 물체에서 여러 번 터져 나왔다. 중성미자 관측 값과 전자 기적 관측 값을 결합하여 고 에너지 중성미자가 블래 자에 의해 생성되며, 원거리에서도이를 감지 할 수있는 능력을 갖출 수있었습니다. 궁금하다면 TXS 0506 + 056은 약 40 억 광년 떨어져 있습니다.

Blazar TXS 0506 + 056은 고 에너지 중성미자와 우주 광선의 최초 확인 된 출처입니다. NASA의 Orion 이미지를 기반으로 한이 그림은 별자리 Orion의 왼쪽 어깨 바로 밤 하늘에 위치한 blazar의 위치를 ​​보여줍니다. 그 근원은 지구에서 약 40 억 광년입니다. (ICECUBE / NASA / NSF)

이 하나의 다중 메신저 관찰로 엄청난 양을 배울 수 있습니다.

  • Blazars는 적어도 하나의 우주 광선 원인 것으로 입증되었습니다.
  • 중성미자를 생산하려면 부패하는 피온이 필요하며 가속 된 양성자가 생성합니다.
  • 이것은 블랙홀에 의한 양성자 가속의 첫 번째 확실한 증거를 제공합니다.
  • 이것은 또한 기괴한 TXS 0506 + 056이 우주에서 가장 빛나는 소스 중 하나임을 보여줍니다.
  • 마지막으로, 수반되는 감마선에서 우리는 우주 중성미자와 우주 광선이 적어도 공통 기원을 가지고 있음을 확신 할 수 있습니다.
고 에너지 천체 물리학 소스로 생성 된 우주 광선은 지구 표면에 도달 할 수 있습니다. 우주 광선이 지구 대기권의 입자와 충돌하면 지상의 배열로 감지 할 수있는 입자 샤워가 생성됩니다. 마침내, 우리는 그들의 주요 출처를 발견했습니다. (아스 페라 콜라보레이션 / 항공 우주)

IceCube 중성미자 관측소의 수사관 인 Frances Halzen에 따르면,

천체 물리 학계에서 블라 자르가 우주선의 원천이 아닐 것이라는 일반적인 합의가 있었다는 점이 흥미 롭습니다. 여기에서 우리는… IceCube와 같이 과학자들은“멀티 메신저 천문학”이라고 부르는 이정표를 세웁니다.

다중 메신저 천문학의 시대는 공식적으로 여기에 있으며, 이제 하늘을 보는 완전히 독립적이고 보완적인 세 가지 방법이 있습니다 : 빛, 중성미자, 중력파. 우리는 한때 고 에너지 중성미자와 우주 광선을 생성 할 가능성이 거의없는 블라자인이 실제로 둘 다를 생성한다는 것을 배웠습니다.

이것은 멀리 떨어진 퀘이사 3C 279에 대한 작가의 인상입니다. 바이폴라 제트는 일반적인 특징이지만, 그러한 제트기가 우리를 직접 향하는 것은 극히 드문 일입니다. 그것이 일어날 때, 우리는 Blazar를 가지고 있습니다. 이제는 고 에너지 우주 광선과 우리가 몇 년 동안 보았던 초고 에너지 중성미자의 근원으로 확인되었습니다. (ESO / M. KORNMESSER)

고 에너지 중성미자 천문학의 새로운 과학 분야는 공식적으로이 발견으로 시작됩니다. 뉴트리노는 더 이상 다른 상호 작용의 부산물이 아니며 우리 태양계를 넘어서는 우주의 호기심도 아닙니다. 대신, 우리는 그것들을 우주와 물리학 자체의 기본 법칙의 기본 프로브로 사용할 수 있습니다. IceCube 구축의 주요 목표 중 하나는 고 에너지 우주 중성미자의 근원을 확인하는 것이 었습니다. 이 중성미자와 감마선의 원천으로 끔찍한 TXS 0506 + 056의 식별과 함께, 그것은 마침내 달성 된 하나의 우주적 꿈입니다.

Starts With A Bang은 현재 Forbes에 있으며 Patreon 지지자 덕분에 Medium에 다시 게시되었습니다. Ethan은 은하계 저서와 Treknology : Tricorders에서 Warp Drive에 이르기까지 Star Trek의 과학이라는 두 권의 책을 저술했습니다.