冰立方天文台利用中微子拍摄了第一张银河系图像

我们的银河系是夜空中令人惊叹的一个特征，用肉眼就能看到一条从地平线到地平线的朦胧星带。现在，冰立方中微子天文台首次利用中微子生成了银河系图像。中微子是微小的、幽灵般的天文信使，极难探测到，因为它们很少与物质相互作用。今天(6 月 29 日)在《科学》杂志上发表的一篇文章中，由包括宾夕法尼亚州立大学研究人员在内的 350 多名科学家组成的国际组织 IceCube Collaboration 提出了银河系高能中微子发射的证据。

“我们对宇宙和宿主星系的大部分了解都是通过观察电磁辐射而得知的——这包括可见光，但能量范围从无线电波到 X 射线和伽马射线，”该校物理学教授道格·考恩 (Doug Cowen) 说。宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院和 IceCube Collaboration 的成员。“这张使用中微子拍摄的银河系新图像完全不同，它使我们能够以新的方式探索有关银河系起源和运作的问题。”

这些高能中微子的能量比为恒星提供动力的聚变反应产生的能量高数百万至数十亿倍，由阿蒙森-斯科特南极站运行的十亿吨探测器冰立方中微子观测站探测到。它的建立和运营得到了国家科学基金会 (NSF) 的资助以及来自 IceCube Collaboration 机构成员的 14 个国家的额外支持。这种独一无二的探测器覆盖了 1 立方公里的南极深处冰层，配备了 5,000 多个光传感器。IceCube 寻找源自我们银河系及其以外、直至宇宙最远的高能中微子的迹象。

国家科学基金会物理部主任丹尼斯·考德威尔说：“正如通常的情况一样，科学上的重大突破是通过技术进步实现的。” “高度灵敏的 IceCube 探测器的功能，加上新的数据分析工具，为我们提供了一个全新的银河系视图——以前只是暗示过这一点。随着这些功能的不断完善，我们可以期待观看这张图片以不断增加的分辨率出现，有可能揭示人类从未见过的银河系隐藏特征。”

宇宙射线(高能质子和较重的原子核，也在我们的银河系中产生)与银河系气体和尘埃之间的相互作用不可避免地会产生伽马射线和中微子。研究小组表示，鉴于从银河平面观测到的伽马射线，银河系预计将成为高能中微子的来源。

IceCube之前曾检测到来自天体物理来源的高能中微子，其距离比我们自己的银河系大得多，但这些来源位于北方天空，允许分析人员使用地球作为过滤器来去除除中微子之外的所有物质。由于地球在银河系中的方向，许多潜在的银河系中微子源位于南部天空。

考恩说：“这意味着分析人员必须设计其他方法来减少南极附近大气中的宇宙射线相互作用所产生的粒子雨点落在探测器上的背景。”“否则这些粒子将完全遮盖银河系。”中微子信号。”

为了克服这一背景，德雷克塞尔大学的 IceCube 合作者开发了分析方法，选择“级联”事件，或者冰中的中微子相互作用，从而产生局部的、大致球形的光阵。由于级联事件沉积的能量是在仪表体积内开始的，因此减少了大气μ子和中微子的污染。最终，级联事件的纯度越高，对来自南方天空的天体物理中微子就越敏感。