[新聞] 天文學家藉高能微中子首發現宇宙射線加已刪文

看板Gossiping作者ubike5566 (我是U掰客^^)時間7年前 (2018/07/13 22:09)推噓8(9推 1噓 4→)

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「幽靈粒子」竟是「宇宙信使」！天文學家藉由「高能微中子」首度發現「宇宙射線加速器」來源:風傳媒 http://www.storm.mg/article/462681 去年9月22日，深藏在地球南極冰層中的感測器接收到一個訊號：一顆高能「微中子」激發出藍光。但全球天文學界立刻總動員，調集各個波長的天文望遠鏡支援，鎖定40億光年外的獵戶座，找到這顆高能微中子誕生的地方，並且證明它就是宇宙射線的「加速器」！宇宙中的幽靈催生「高能微中子天文學」這發現看似虛無飄渺，但卻非常重要，為人類對宇宙的觀測、對物理學基本原則的探索開啟了新視野，論文登上美國《科學》（Science）期刊，代表「高能微中子天文學」（ high-energy neutrino astronomy）從此誕生。微中子（neutrino）極小極輕（電子的100萬分之1），不帶電荷，幾乎不與任何物質互動，極難偵測，科學家形容為「幽靈粒子」（ghost particle）。不過也正因如此，對於許多發生在宇宙深處的劇烈、複雜、混亂現象，微中子可以扮演忠實的「信使」（ messenger），帶來極為珍貴的訊息，並且協助我們追查宇宙射線（cosmic ray）的起源與行蹤。獵戶座的「耀變體」，伴隨「宇宙射線」的微中子這顆跨越40億光年造訪地球的微中子，來自獵戶座（Orion）「右肩」的一個「耀變體」（blazar）「TXS 0506+056」，它是一個密度極高的活躍星系核（AGN），中間有一個超大質量黑洞，在40億年前發生伽瑪射線爆發（gamma-ray burst，GRB），向外發射兩道宇宙射線，呈現為無線電波、X射線與可見光，當然，其中也有微中子。光線（電磁波）會被阻擋，重力波會被扭曲，只有微中子有機會暢行無阻，它不但是位使者，而且是位「不會迷路的使者」。換言之，這顆微中子40億年前出發時，我們的太陽還相當年輕，地球才粗具雛形。在它旅行的40億年間，地球孕育出生命，幾度興盛又幾度滅絕，並且出現「智人」（Homo sapinns）這個物種，發展出先進的文明與科技，能夠在浩瀚無垠的太空之中「捕捉」一顆極其微小又極其重要的基本粒子。這並不是人類第一次偵測到微中子，也不是第一次確認其來源，但之前已知的兩個來源─ ─太陽與「SN 1987A」超新星──都近在咫尺（以宇宙尺度而言），而且產生的都是低能量微中子。相較之下，這顆微中子不但是有朋自遠方來，而且能量是太陽微中子的數百萬倍，代表完全不同性質的誕生過程，對人類而言是首度大開眼界。極高能量的宇宙射線從何而來？高能微中子透露線索另一方面，標定高能微中子的來源，對於宇宙射線的研究至關重要。科學家早在1912年就偵測到宇宙射線，但是一直無法參透：這種極高能量的粒子流是如何產生？原因在於宇宙射線帶有電荷，行進路徑會被磁場（例如地球的磁場）偏移，其來源難以確認。現在科學家能夠判定高能微中子是來自何方，和它相伴相生的宇宙射線「身世」也將無所遁形。天體物理學家葛蘭特（Darren Grant）形容，這就像科學家過去100年來都是「閉著眼睛聽打雷」，耳邊隆隆作響，但是不知道雷聲是如何產生。偵測到高能微中子的來源之後，科學家終於打開眼睛，看到與雷聲相伴的閃電。以去年9月22日現蹤的這顆微中子而言，就是讓科學家探知40億年前出現在40億光年外的獵戶座「耀變體」，其中一道宇宙射線衝著地球而來。「冰立方」：深藏在南極冰層中的5千個微中子感測器至於這顆微中子到底是如何現蹤，則是歸功於一樁冰天雪地中的科學偉業。從2005年夏天開始，美國國家科學基金會（National Science Foundation）投下2億7900萬美元（新台幣84億元），在南極阿蒙森─史考特站（Amundsen–Scott South Pole Station）建立「冰立方微中子觀測站」（IceCube Neutrino Observatory）。科學家與工程師利用南極夏天永晝較為溫暖（零下18度）的條件，在冰層上融化數十個深達1.6公里的洞穴，放進一串一串球型的微中子感測器，最終在南極冰層中形成一個體積1 立方公里、由5160個感測器組成的「冰立方」（IceCube），也是全世界規模最大的粒子偵測裝置。如何偵測微中子？等它撞擊原子核並放出藍光之所以要如此大費工夫，原因在於微中子的「幽靈特質」讓它神龍見首不見尾，因此微中子感測器必須浸入水中或者埋入冰層，以濾除其他宇宙粒子造成的雜訊。微中子唯有在撞擊到某個原子核並產生帶電粒子，放出一道藍光，才有可能被偵測到。機率多高？從原子層面來看，我們熟悉的物質其實絕大部分是「空間」，就算將一個氫原子放大到地球的規模，其中心的質子只相當於一座足球場，電子更小，而微中子只有一隻螞蟻大小。因此儘管微中子在宇宙的豐度僅此於光子（photon），但是偵側它絕非易事，偵側高能微中子更是難上加難。「冰立方」計畫的最新成果不但代表「高能微中子天文學」揭開新頁，也是「多信使天文學」（multimessenger astronomy）的絕佳範例，全球1000多位研究人員投入，進行各種波長──電磁波、重力波、微中子──的觀測，為一個天文學上最強而有力的現象──耀變體──驗明正身：原來它就是宇宙射線的粒子加速器（particle accelerator）。心得:恩恩跟我想的一樣 -- Sent from my 伐木工 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 49.159.143.202 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1531490944.A.155.html

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z842657913

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※ 編輯: ubike5566 (49.159.143.202), 07/13/2018 22:10:42

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a94037501

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