천문학

천문학 자들은 중성미자 근원의 위치를 ​​어떻게 정확히 찾아 낼 수 있습니까?

천문학 자들은 중성미자 근원의 위치를 ​​어떻게 정확히 찾아 낼 수 있습니까?


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최근 몇 달 동안 대중 언론에서 우리는 태양계 밖에서 탐지기에 도달하는 고 에너지 중성미자에 대해 많이 들었습니다.

하지만 궁금 해요 ...

먼 거리에서 온 단일 중성미자가 무작위로 드물게 검출기의 크세논 원자를 때리면 어떻게 방향을 '삼각 측량'할 수 있습니까?


고 에너지 뮤온 중성미자는 때때로 상호 작용하여 뮤온을 생성합니다. 이 과정에서 에너지와 운동량이 보존되어야하며 뮤온은 중성미자와 같은 방향으로 향합니다.

상대 론적 뮤온은 뮤온이 얼음 속의 빛의 속도보다 빠르게 이동할 때 생성되는 Cerenkov 방사선에 민감한 탐지기 네트워크에 의해 추적 될 수 있습니다.

뮤온 트랙을 사용하면 운동학을 측정하여 원래 중성미자가 어디에서 왔는지 재구성 할 수 있습니다. 이것은 잠재적으로 몇도 내에서 수행 될 수 있습니다.

고 에너지 전자 중성미자의 경우 각도 분해능이 적습니다. 모든 뮤온은 2 차 상호 작용에서 생성되며 대략적인 방향을 재구성 할 수있는 하전 된 렙톤의 "계단식"이 있습니다.


당신은 중성미자가 너무 자주 상호 작용하지 않는다고 정확하게 진술합니다. 유효 단면을 설명하는 물리적 매개 변수입니다. 따라서 검출기에서 관찰하는 것은 중성미자 자체가 아니라 2 차 입자입니다. 뮤온. 구어 적으로 말하면 중성미자 소스와 기기 (주로 2 차 입자를 감지하기 위해) 사이에 높은 질량 (밀도)을 가진 모든 것을 중성미자에 대한 검출기로 간주 할 수 있습니다. 이것은 큰 얼음 덩어리 (아이스 큐브 실험과 같은), 산맥 (그란 사소 연구실의 경우) 또는 완전한 행성 일 수 있습니다. 만약 사고 중성미자가 지구 반대편에 위치한 별에서 유래했다면 관찰의 순간. 후자는 예를 들어 중성미자 때문에 가능합니다. 태양으로부터는 물질과 상호 작용하지 않고 행성 전체를 통과 할 수 있습니다 (탐지기를 위해 일하는 과학자들의 밤에).

Antarctic Muon And Neutrino Detector Array (AMANDA)의 2018 년 블로그 항목에서 가져온 그림으로 설명하겠습니다. 빨간색 점은 얼음 표면에 있고, 수직선은 남극 얼음 방패로 들어가는 시추공이며, 작은 검은 색 점은 PMT, 즉 빠른 뮤온에서 생성 된 Cherenkov 빛을 감지하는 광전자 증 배관입니다. 파란색 원뿔. PMT의 판독 값 (체렌 코프 조명 감지)은 색상 코드로 표시됩니다. 색상 스케일은 트리거 이벤트 이후 경과 된 시간과 관련이 있다고 가정합니다.

그러면 중성미자가 어디에서 왔는지 어떻게 알 수 있습니까? 입자 물리학을 사용하여 2 차 입자의 속도 (벡터)와 중성미자가 실제로 생성 된 속도를 유도 할 수 있습니다. 이것은 사소한 것이 아니며 상당한 컴퓨터 성능이 필요하지만 가능합니다.


하나의 유령 중성미자가 우주에 대한 우리의 이해를 바꾸는 방법

천문학 자들은 우주의 본질을 이해하는 데 중요한 고 에너지 입자의 흐름 인 우주선의 근원을 찾기 위해 한 세기를 보냈습니다. 이제 하나의 유령 중성미자 덕분에 마침내 성공했습니다.

문제의 중성미자는 너무 작아서 양성자의 질량과 같아 지려면 100 억 개 이상이 필요합니다. 그러나 그것은 남극 얼음 깊숙한 곳에 묻혀있는 센서 네트워크를 쳐서 역사를 만들었다.

40 억 광년 떨어진 곳에서 시작된 여정의 상서로운 끝이었습니다. 충격으로 인한 부수적 피해를 분석함으로써 과학자들은 중성미자의 기원을 우리 은하를 훨씬 넘어선 블레이자 (blazar)로 알려진 강력한 퀘이사로 추적하고 새로운 중성미자 천문학 시대를 열었습니다.

"우리는 더 이상 고 에너지 천체 물리학을 구식 방식으로 풀지 않을 것"이라고 위스콘신-매디슨 대학의 입자 천체 물리학 자이자 목요일에 발견 된 냉동 천문대 IceCube의 수석 연구원 인 Francis Halzen은 말했습니다. 과학 저널.

천문학 자들이 우주에 대한 최초의 관측은 그들이 직접 볼 수있는 가시 광선을 관찰함으로써 이루어졌습니다. 그런 다음 그들은 전파, 마이크로파, X- 선 및 감마선과 같은 전자기 스펙트럼의 다른 부분으로 검색을 확장했습니다. 이를 통해 블랙홀, 중성자 별, 빅뱅의 잔재 인 우주 마이크로파 배경 복사를 찾을 수있었습니다.

최근에 과학자들은 빛의 스펙트럼 너머를 모두 살펴 보았습니다. 중력파의 감지는 블랙홀의 합병을 포함하여 우주에서 가장 격변적인 사건 중 일부를 도청 할 수있게했습니다. 중력파는 과학자들이 우주를 지배하지만 보거나 만질 수없는 신비한 물질 인 암흑 물질을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이제 천문학 자들은 도구 상자에 중성미자 천문학을 추가 할 것입니다.

이 작업에 참여하지 않은 UCLA의 입자 천체 물리학자인 Alexander Kusenko는“내 생각에 이것은 노벨상을 수상한 X 선 천문학의 첫 단계만큼이나 중요하다고 생각합니다.

중성미자는 물질과 거의 상호 작용하지 않기 때문에 천문학 자에게 가치가 있습니다. 즉, 행성, 별, 심지어 은하 전체를 통과 할 수 있습니다.

그들은 매우 작지만 풍부합니다. 수십억 개의 이러한 아 원자 입자가 매초마다 손가락 끝을 통과합니다.

천문학 자들은 본질적으로 파악하기 어려운 특성에도 불구하고 우주에서 지구를 폭격하는 우주선의 기원에 대한 미스터리를 풀기 위해 중성미자를 사냥합니다.

우주 광선은 매우 에너지가 강한 하전 된 입자로, 대부분은 양성자이며, 엄청난 에너지로 되살아 났고 우주를 가로 질러 던져졌습니다. 이 입자들은 수백 조 전자 볼트의 에너지로 지구에 도달 할 수 있습니다. 이는 유럽의 대형 강 입자 충돌기를 통해 순환하는 양성자의 6.5 조 전자 볼트에 불과합니다. 강력한 우주 엔진 (예 : 은하 심장에있는 초 거대 질량 블랙홀 또는 거대한 초신성)이 이러한 원자 조각을 그러한 높은 에너지로 가속화하기 위해 필요합니다.

하지만 지금까지 과학자들은이 우주선의 출처를 알지 못했습니다. 그 이유는이 입자들이 은하 간 거리를 이동할 때 공간을 투과하는 자기장에 의해 경로가 뒤 틀리기 때문입니다. 즉, 지구에 도착할 때 더 이상 근원을 다시 가리 키지 않습니다.

중성미자는 이러한 중성 입자가 자기장의 영향을받지 않기 때문에이 문제에 대한 해결책을 제공합니다. 그들이 지구에 도착할 때까지 그들은 여전히 ​​집으로가는 길을 가리키고 있습니다. 게다가, 고 에너지 우주선을 생성하는 강력한 우주 힘은 고 에너지 중성미자의 급류를 생성 할 것입니다.

그러나 이러한 유령 입자를 매우 유용하게 만드는 바로 그 품질 (물질과 상호 작용하지 않는다는 사실)은 또한 과학자들이 행동을 잡기 위해 중성미자를 극도로 어렵게 만듭니다. 모든 개별 고 에너지 중성미자 공격에 대해 약 10,000 또는 100,000 개 이상이 손상없이 통과한다고 할젠은 말했습니다.

IceCube 협업은 희귀 한 단일 중성미자 공격을 감지하기 시작했습니다. 남극 표면 아래 깊숙한 입방 킬로미터의 얼음에 5,000 개 이상의 센서가 내장 된 IceCube는 중성미자가 접촉 한 후 2 차 입자로 인한 청색광의 섬광을 포착합니다. 과학자들은 그 결과로 생긴 빛 추적을 분석하여 입자가 어떤 방향에서 왔는지, 충돌했을 때 얼마나 에너지가 있었는지 알 수 있습니다.

시뮬레이션 된 중성미자 사건을 포함하여 지구 궤도에서 남극 대륙의 IceCube 감지기로 비행하는 애니메이션입니다. (크레딧 : DESY, Science Communication Lab)

2013 년이 협력은 깊은 우주에서 유래 한 28 개의 고 에너지 중성미자를 발견했다고 발표했지만, 그 그룹은 정확히 어디에서 왔는지 알 수 없었습니다.

그런 다음 2017 년 9 월 22 일, 과학자들은 성간 이웃에서 멀리 떨어진 곳에서 분명히 유래 한 에너지가 넘치는 중성미자를 발견했습니다.

60 초 만에이 뉴스는 감마선, 적외선, 라디오 및 X 선 망원경을 포함한 다른 여러 관측소에 전달되었습니다. 그들은 명백한 소스를 향하여 전자기 스펙트럼을 가로 지르는 파장의 빛 신호를 포착했습니다.

빛은 별자리 Orion의 팔 바로 아래에있는 TXS 0506 + 056이라는 이름의 blazar에서 비롯되었습니다. 이 블레이저는 거대한 타원 은하로, 중심에 블랙홀이 회전하여 물질을 뭉쳐서 디스크의 양쪽에 두 개의 광선을 발사합니다. 이 경우, 그 광선 중 하나는 손전등처럼 지구를 직접 향하고 있습니다.

활성 은하의 초대형 블랙홀을 둘러싸고있는 것으로 생각되는 가스와 먼지의 중심 원환 체 애니메이션. 이것이 blazar의 기원입니다. (제공 : DESY, Science Communication Lab)

그래도 중성미자의 명백한 기원과 블레이자 신호가 우연의 일치 일 가능성이 적습니다. 1,000 분의 1 정도였습니다. 그래서 연구원들은 기록 보관소로 돌아와 블레이저의 방향에서 올 수있는 이전 중성미자 측정치를 찾았습니다.

물론 연구원들은 2014 년 9 월부터 2015 년 3 월까지 블레이저의 방향에서 오는 것으로 보이는 12 개 이상의 중성미자를 발견했습니다. 그 결과는 Science의 두 번째 논문에 게재되었습니다.

이러한 중성미자 발견은 천문학 자들이 이러한 우주 사건의 내부 작용을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있다고 Kusenko는 말했습니다.

그것은 또한 과학자들이 오래된 사건을 새로운 관점에서 볼 수있게 해준다고 할젠은 말했다.

"우리는 천문학 자들이보고있는 바닐라 블레이저를 보지 못하고있다"고 할젠이 말했다. “결국이 소스에 대해 많은 놀라움이있을 것이라고 생각합니다. . 평상시처럼 장사하지 않을 것입니다.”

우선,이 입자들을 그렇게 높은 에너지로 밀어 낸 다음 거의 40 억 광년에 걸쳐 보내려면 매우 강력한 소스가 필요했을 것이라고 그는 지적했다.

"그래서이 소스에는 특별한 것이 있습니다."라고 Halzen은 말했습니다. 블레이저의 조명 프로필에서 분명하지 않았으며 이해하려면 더 많은 연구가 필요할 것입니다.

그는 이미 중성미자 천문학이 과학자들의 눈앞에서 놀라운 사건을 드러내고 있다고 덧붙였다.


발견의 한계를 뛰어 넘다

중성미자, 초고 에너지 광자 또는 중력파 등 새로운 우주 메신저는 이전에는 접근 할 수 없었던 천체 물리학 적 환경을 탐색하여 천문학의 사용 가능한 발견 공간을 확장했습니다.

나머지 질량이 너무 작아서 효과적으로 0으로 간주 할 수있는 애매한 기본 입자 인 중성미자는 멀리서도 완벽한 메신저입니다. 그들은 약한 상호 작용과 중력을 통해서만 물질과 상호 작용하기 때문에 (또한 약한 질량으로 인해), 중성미자는 대부분의 환경에서 손상과 변화없이 탈출 할 수 있으므로 여러 (천체) 물리적 과정에 대한 깨끗한 정보를 제공합니다. 그것은 물론 이론입니다. 왜냐하면 실제로는 정확히 파악하기 어렵 기 때문에 이러한 중성미자를 탐지하는 것은 쉬운 일이 아니기 때문입니다.

베타 포획 과정을 통해 (인공이 만든) 중성미자를 직접 감지하는 일은 1956 년에 이루어졌지만 1968 년이 되어서야 태양에서 나온 최초의 외계 중성미자가 Homestake 실험에 의해 감지되어 중성미자 천문학의 시작을 알 렸습니다. 우리 근처의 대 마젤란 구름에서 우연한 초신성이 20 년 더 지나서 우리 우주 지역의 먼 곳에서 중성미자를 탐지했습니다. 중성미자 탐지기 Kamiokande-II는 1987 년 2 월 초신성 SN 1987A에서 11 개의 중성미자를 측정했습니다.이 발견은 태양 중성미자의 탐지와 함께 Masatoshi Koshiba와 Raymond Davis Jr에 대한 노벨상을 수상하여 중성미자 천문학 분야를 더욱 세웠습니다.

오늘로 빨리 감기하면 밭이 만개합니다. 현재 전 세계적으로 여러 중성미자 실험이 있습니다. 얼음, 물, 중수 또는 염소를 사용하든, 모든 중성미자 감지기의 원리는 동일합니다. 중성미자의 경로에 충분한 양의 균질 매체를 넣으면 그 중 하나가 상호 작용할 수 있습니다. 현재 작동중인 가장 민감하고 고해상도의 탐지기 인 남극의 IceCube 중성미자 관측소는 2010 년대 초부터 우주 중성미자를 탐지 해 왔습니다.

우주 중성미자의 일상적인 탐지에도 불구하고 그 기원을 이해하고 연구하는 것은 간단하지 않았습니다. 노이즈에서 신호를 분리하고 다른 우주 중성미자와 태양 중성미자를 분리하는 매우 근본적인 문제 외에도 중성미자 감지기의 각도 위치가 좋지 않습니다.

IceCube의 가장 높은 에너지의 경우 0.7 °) 특정 이벤트가 오는 하늘의 방향을 정확히 파악하기가 매우 어렵습니다. 2017 년에 중성미자 사건과 플레어 블레이저의 우연은 큰 진전이었습니다. 활성 은하 핵은 강력한 입자 가속기이자 고 에너지 우주 중성미자의 원천 중 하나임을 확인했습니다 (Elena Pian의 News & amp Views 참조).

이번 호에서 자연 천문학로버트 스타 인과 공동 연구자들은 고 에너지 중성미자 사건이 다른 유형의 천체 물리학 적 근원과 연관되어 있다고보고했습니다. 즉, 별이 초대형 블랙홀을 향해 침입하는 동안 분리되는 조석 붕괴 사건입니다. 동료 논문에서 Walter Winter와 Cecilia Lunardini는 관측을 설명하는 천체 물리학 모델을 제시합니다. 이전의 blazar 연관에 관해서는 IceCube가 감지 한 중성미자 사건에 의해 전달 된 추가 정보가 조석 중단 사건에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다 (Kimitake Hayasaki의 토론 참조).

뉴트리노는 현재 천체 물리학 적 발견의 한계를 뛰어 넘는 데 사용되는 유일한 도구가 아닙니다. 초고 에너지 천체 물리학도 생산적인 시대를 맞이하고 있으며 현재 온라인에서이를 조사하기위한 여러 시설이 전자기 스펙트럼의 일부를 거의 탐구하지 않고 있습니다. 1989 년 Whipple 망원경에 의해 초고 에너지 감마선에서 게 성운을 감지 한 결과, 초고 에너지에 대한 이해를 넓히기위한 여러 차례의 동시 및 후속 실험 (HESS, MAGIC 및 VERITAS 포함)이 이어졌습니다. 감마선 하늘.

이번 호에서는 TeV 범위에서 초고 에너지 감마선 천문학의 한계를 뛰어 넘는 두 가지 새로운 관측 세트를 발표합니다. High-Altitude Water Cherenkov Observatory와 Tibet air shower array는 각각 백조 고치와 초신성 잔해 G106.3 + 2.7의 탐지를보고합니다. 두 연구 모두 두 가지 다른 예상치 못한 천체 물리학 적 환경에서 우주선 입자를 PeV 에너지로 가속화하는 천체 물리학 적 과정을 제한합니다.

중성미자와 초고 에너지 감마선 천문학 사이에는 흥미로운 유사점이 있습니다. 두 가지 모두 기존의 천문 관측에서 숨겨 질 수있는 매우 에너지가 넘치는 천체 물리학 과정을 조사합니다. 또한 탐지에 필요한 기술과 관련된 문제를 고려할 때 두 프로브 모두 최근에야 여러 이벤트를 안정적으로 탐지하는 시대에 접어 들었습니다. 고 에너지 감마선 천문학은 유리한 출발을 할 수 있지만, 이것은 결국 천문학 자들이 오랫동안 연구해온 전자기 스펙트럼의 확장입니다. 두 분야 모두 향후 몇 년 동안 기하 급수적으로 성장할 것입니다. 고 에너지 감마선 천문학의 다음 이정표는 Cherenkov Telescope Array의 시운전 (첫 번째 작업은 내년에 시작될 것으로 예상 됨)이 될 것입니다.이 시스템은 300 TeV의 에너지까지 전례없는 감도와 위치 파악 기능을 제공하고 수많은 문제를 해결할 것입니다. 기본적인 물리적 및 천체 물리학 적 질문 (2019 년 첫 번째 Cherenkov 망원경 배열 심포지엄의 회의 보고서 참조). 중성미자와 관련하여 IceCube의 기능을 업그레이드하는 것 외에도 여러 차세대 중성미자 탐지기가 계획되어 있습니다 (KM3NeT 및 태평양 중성미자 실험 포함).

천문학 자의 관측 무기는 계속 증가하고 있으며, 밤하늘을 바라 보는 모든 추가적인 방법은 발견 공간을 확장하고 오랫동안 연구 된 천체 물리 현상에 대한 더 깊은 이해와 경우에 따라 완전히 새로운 현상의 발견으로 이어집니다. 가장 흥미롭게도 중성미자와 초고 에너지 감마선 모두에 대해 이러한 관측 프로브는 물리학과 천체 물리학 사이의 (분명히 퍼지) 구분에 걸쳐 있습니다. 교차 수분과 우연한 발견의 잠재력은 두 커뮤니티가 이러한 한계를 계속해서 밀어 붙이도록 동기를 부여해야합니다.


VLA는 정력적인 우주 중성미자의 원천에 대한 감질 나는 단서를 제공합니다

지구에 도달하기 전에 약 40 억 광년을 여행 한 유령 같은 아 원자 입자 하나가 천문학 자들이 처음으로 고 에너지 우주선의 원천을 찾아내는 데 도움이되었습니다. 국립 과학 재단 (NSF)의 칼 G. 얀 스키 VLA (Very Large Array)의 후속 관찰은 과학자들에게 먼 은하의 중심에서 그러한 에너지가있는 우주선이 어떻게 형성 될 수 있는지에 대한 몇 가지 흥미로운 단서를 제공했습니다.

2017 년 9 월 22 일, 남극 아래 1 평방 킬로미터의 얼음을 통해 분포 된 센서로 구성된 IceCube라는 천문대는 우리 은하계 너머에서 오는 고 에너지 중성미자의 영향을 기록했습니다. 중성미자는 전하가없고 질량이 매우 적은 아 원자 입자입니다. 중성미자는 일반 물질과 매우 드물게 상호 작용하기 때문에 중성미자는 방해받지 않고 우주를 통해 먼 거리를 이동할 수 있습니다.

전 세계에서 궤도를 도는 지상 망원경으로 추적 관찰 한 결과 중성미자는 지구에서 약 40 억 광년 떨어진 TXS 0506 + 056이라는 블레이저라는 알려진 우주 물체의 위치에서 나올 가능성이 큽니다. 대부분의 은하와 마찬가지로 블레이자는 코어에 초대 질량 블랙홀을 포함하고 있습니다. 블랙홀의 강력한 중력은 뜨거운 회전 디스크를 형성하는 물질을 끌어들입니다. 거의 빛의 속도로 이동하는 입자 제트는 디스크에 수직으로 분출됩니다. Blazars는 특별한 종류의 은하입니다. Blazar에서 제트기 중 하나가 거의 지구를 향하고 있기 때문입니다.

이론가들은이 강력한 제트가 양성자, 전자 또는 원자핵을 크게 가속시켜 우주에서 알려진 가장 에너지가 높은 입자 인 초고 에너지 우주선이라고 불리는 입자로 바꿀 수 있다고 제안했습니다. 그러면 우주 광선은 제트 근처의 물질과 상호 작용하여 IceCube에서 감지 한 중성미자와 같은 고 에너지 광자와 중성미자를 생성 할 수 있습니다.

우주 광선은 풍선 비행에서 악기를 운반했던 물리학 자 Victor Hess에 의해 1912 년에 발견되었습니다. 후속 연구에 따르면 우주 광선은 빛의 속도에 접근하는 속도로 가속 된 양성자, 전자 또는 원자핵이며, 그중 일부는 가장 에너지가 많은 전자기파보다 훨씬 더 큰 에너지를 제공합니다. 은하의 활성 핵 외에도 초신성 폭발은 우주선이 형성 될 가능성이있는 곳입니다. 그러나 은하계 블랙홀 엔진은 가장 높은 에너지를 가진 우주선의 원천이며 다른 물질과의 상호 작용으로 인해 발생하는 고 에너지 중성미자의 주요 후보였습니다.

"IceCube에 의해 감지 된 고 에너지 중성미자를 TXS 0506 + 056으로 다시 추적하면 이번이 처음으로 특정 물체를 그러한 고 에너지 중성미자의 가능한 소스로 식별 할 수있게되었습니다."라고 Gregory Sivakoff가 말했습니다. 캐나다 앨버타 대학교.

IceCube 탐지 후 천문학 자들은 수많은 망원경으로 TXS 0506 + 056을보고 감마선, X 선 및 가시 광선을 포함한 파장에서 밝아 졌음을 발견했습니다. Blazar는 2017 년 10 월 5 일부터 11 월 21 일까지 VLA에서 6 번 관찰되었습니다.

Sivakoff는 "VLA 데이터는이 블라 자로부터의 무선 방출이 중성미자 탐지 시점과 그 후 두 달 동안 크게 변화했다는 것을 보여줍니다. 가장 밝은 무선 방출을 가진 무선 주파수도 변화하고있었습니다."라고 말했습니다.

TXS 0506 + 056은 매우 상세한 이미지를 생성하는 대륙 전체 전파 망원경 시스템 인 NSF의 VLBA (Very Long Baseline Array)로 수년 동안 모니터링되었습니다. 고해상도 VLBA 이미지는 빛의 속도에 가까운 속도로 제트기 내에서 바깥쪽으로 이동하는 무선 방출의 밝은 매듭을 보여줍니다. 매듭은 아마도 제트를 통해 산발적으로 분출되는 밀도가 높은 물질에 의해 발생합니다.

"VLA로 본 동작은 이러한 매듭 중 하나 이상의 방출과 일치합니다. 이러한 매듭이 고 에너지 우주선 생성과 연관되어 IceCube가 발견 한 종류의 고 에너지 중성미자 일 수 있다는 것은 흥미로운 가능성입니다. , "Sivakoff가 말했다.

과학자들은 TXS 0506 + 056을 계속 연구합니다. Sivakoff는 "이 물체에는 흥미로운 현상이 많이 있습니다."라고 결론지었습니다.

"다중 메신저 천체 물리학의 시대가 도래했습니다"라고 NSF 국장 France Cordova가 말했습니다. "전자파, 중력파 및 현재 중성미자에서 나온 각 메신저는 우주에 대한 더 완전한 이해와 하늘에서 가장 강력한 물체와 사건에 대한 중요한 새로운 통찰력을 제공합니다. 이러한 돌파구는 오랜 시간 동안 만 가능합니다. 기초 연구와 우수한 연구 시설에 대한 투자에 대한 약속. "

Sivakoff와 전 세계 기관의 수많은 동료들이 연구 결과를 저널에보고하고 있습니다. 과학.

National Radio Astronomy Observatory는 National Science Foundation의 시설로 Associated Universities, Inc.의 협력 계약에 따라 운영됩니다.

부인 성명: AAAS 및 EurekAlert! EurekAlert에 게시 된 보도 자료의 정확성에 대해 책임을지지 않습니다! 기관에 기부하거나 EurekAlert 시스템을 통해 정보를 사용합니다.


거의 한 세기가 지난 후, 드디어 태양에서 발견하기 어려운 CNO 중성미자

과학자들은 지금까지 이론화 된 항성 핵융합 유형 인 CNO 프로세스를 통해 시작된 태양의 핵에서 나오는 중성미자를 처음으로 감지했습니다.

이것은 정말 멋지지만 약간의 설명이 필요합니다.

더 나쁜 천문학

중성미자는 아 원자 입자입니다. 양성자 및 전자와 같이 익숙한 것과 달리 중성미자는 전하가없고 질량이 매우 낮습니다. 정말 정상적인 물질과 상호 작용하는 것을 좋아하지 않습니다. 중성미자는 마치 그곳에없는 것처럼 지구를 통과 할 수 있습니다.

다양한 유형의 핵융합을 포함하여 다양한 아 원자 상호 작용이 중성미자를 만들 수 있습니다. 우리 주변의 가장 큰 원천은 태양입니다. 왜냐하면 수소를 핵의 헬륨에 융합시켜 매번 1025 (10,000,000,000,000,000,000,000,000) 개의 중성미자를 생성하기 때문입니다. 둘째. 그들은 사방으로 쏘아 올려 지구에 도달 할 때까지 약 600 억이 1 평방 센티미터를 통과합니다. 썸네일을보세요. 팔. 이 문장을 읽으면서 약 천억 개의 중성미자가 방금 통과했습니다.

다양한 레이어와 기능을 보여주는 태양의 단면 다이어그램. 중성미자는 중심에서 생성되며 핵 위로 700,000km의 태양이 있음에도 불구하고 쉽게 날아갑니다. 크레딧 : NASA SpacePlace

우리는 태양에서 일어나는 두 종류의 융합이 있다고 생각합니다. 그것의 99 %는 양성자-양성자 사슬이라고 불리는 것입니다. 여러 단계를 거쳐야하지만 결국 4 개의 수소 핵 (실제로는 양성자)이 융합되어 단일 헬륨 핵을 형성하고 그 과정에서 중성미자와 많은 에너지를 방출합니다. 사실은 별에 전력을 공급하기에 충분한 에너지입니다.

다른 1 %의 융합은 CNO 순환 또는 탄소-질소-산소 순환에서 발생합니다. 그것도 많은 단계를 거치지 만, 그 과정에서이 세 가지 요소를 포함하고, 결국 똑같은 일을합니다. 네 개의 양성자가 융합되어 헬륨이되고,이 역시 에너지를 방출하고 많은 중성미자를 이동합니다.

CNO주기. 상단에서 시작하여 시계 방향으로 이동하면 탄소는 양성자와 융합하여 질소 동위 원소를 형성합니다.이 동위 원소는 다른 탄소 동위 원소로 붕괴합니다.이 동위 원소는 다른 탄소 동위 원소로 분해됩니다.이 동위 원소는 양성자와 융합하여 또 다른 질소 동위 원소를 형성합니다.이 동위 원소는 양성자와 융합하여 산소를 형성합니다. 이것은 질소의 세 번째 동위 원소로 붕괴되고 양성자와 융합하여 헬륨과 탄소를 형성하고 다시 사라집니다. 그 과정에서 중성미자 (그리스 문자 nu)와 감마선 형태의 에너지가 생성됩니다. 크레딧 : Borb / Wikipedia

태양은 1 초마다 약 7 억 톤의 수소를 6 억 9,500 만 톤의 헬륨으로 변환합니다. 남은 질량은 에너지로 변환되어 태양을 밝힙니다. 그것은 많은 융합입니다. 그래서 태양이 많은 중성미자를 만듭니다. 일단 만들어지면 그들은 거의 빛의 속도로 태양에서 날아갑니다.

일부는 지구에 온다. 대부분은 물질과 상호 작용하는 것을 좋아하지 않기 때문에 우리를 통과합니다.

그 때문에 감지하기가 매우 어렵지만 방법이 있습니다. 예를 들어 중성미자가 1,2,4- 트리메틸 벤젠 분자 (환 모양의 탄소 기반 분자 인 슈 도쿠 멘이라고도 함)에 부딪히면 전자를 방출하고 물리학을 수행 한 후에 빛의 광자를 방출합니다. 방출됩니다. 따라서이 물질로 가득 찬 탱크가 있고이를 매우 민감한 광 감지기로 둘러싸면 중성미자 사건으로 인한 간헐적 인 플래시가 기록 될 수 있습니다.

물론 그렇게 쉽지는 않습니다. 극소수의 중성미자는 pseudocumene과 상호 작용합니다. 그래서 당신은 큰 탱크가 필요합니다. 그리고 당신은 그것을 지하에 건설해야합니다. 왜냐하면 우리의 대기를 비추는 우주 광선은 또한 결과를 방해하는 섬광을 만들고 여전히 통과하는 뮤온을 흡수하기 위해 더 큰 물 탱크로 둘러싸 야합니다.

이탈리아의 지하에 위치한 Borexino 중성미자 감지기의 다이어그램. 크레딧 : Agostini et al.

Sill, 그것이 바로 과학자들의 국제 협력이 한 일입니다. 보 렉시 노 중성미자 전망대는 이탈리아 그란 사소 산 아래 바위 아래 1400m에 있습니다. 2200 개가 넘는 매우 민감한 광자 탐지기로 둘러싸인 물 탱크로 둘러싸인 280 톤의 슈 도큐 멘으로 채워진 8.5 미터 너비의 나일론 풍선이 있습니다.

그들은 모든 것을 켜고 기다렸습니다. 2016 년 7 월 ~ 2020 년 2 월 (1072 일) 동안 그들은 모든 사건을 열심히 기록했고, 약간의 빛 번쩍이는 다른 반응이 실험을 방해하는 것을 막기 위해 영웅적인 노력을 기울여야했습니다. 그들은 또한 양성자-양성자 사슬 중성미자를 CNO 사이클에서 만들어진 것과 구별해야했지만, 중성미자는 에너지가 다르기 때문에 분리 할 수 ​​있습니다.

그들은 방금 결과를 발표했습니다. 그들은 CNO 중성미자를 감지했습니다! 하루에 약 20 개가 pseudocumene과 상호 작용했습니다. 하루에 20 개 정도가 지나갔을 때였습니다! — 이론에서 기대하는 바에 대해.

사실 지금까지는 CNO주기가 발생했다는 이론 만 있었다는 사실을 아는 것이 중요합니다. 수십만 킬로미터 아래에 묻혀있는 태양의 핵심을 직접 측정 할 수있는 방법은 없습니다. 태양… 중성미자를 통하지 않는 한. CNO주기는 1930 년대에 처음으로 이론화되었으며 마침내이를 감지하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다.

기본적으로 단열재로 덮인 외부 물 탱크 인 Borexino 감지기의 사진. 인간은 규모에 포함됩니다. 크레딧 : Agostini et al.

측정에 약간의 불확실성이 있지만, 그들은 99 % 확실성에서 이러한 중성미자가 CNO주기에 속하지 않는 것을 배제 할 수 있음을 발견했습니다. 다시 말해서, 그들은 다른 어떤 것에서 왔을 가능성이 거의 없습니다.

이것은 많은 이유로 중요한 발견입니다. 우선, 양성자-양성자 사슬이 태양에서 우위를 차지하는 반면, 태양 질량의 약 1.3 배 이상의 별에서는 CNO주기가 우세합니다 (고온에서 강하게 발동 함), 그래서 그것이 태양에서 어떻게 작동하는지 아는 것은 우리에게 말해줍니다. 다른 별에 대해.

또한 더 무거운 원소의 존재 (천문학 자들은 궤조, 즉 수소와 헬륨보다 무거운 모든 원소가 태양의 CNO주기의 융합 속도에 영향을 미칠 수 있으며, 이러한 금속의 양은 측정 방법이 완전히 잘 알려져 있지는 않지만 약간 다른 양을 산출하지만 우리를 엉망으로 만들기에 충분합니다. 코어의 융합에 대해 알고 있습니다. 이 실험은 금속 함량이 낮은 실험과 일치합니다. 그것은 우리가 태양과 행성이 어떻게 형성되었다고 생각하는지, 태양이 어떻게 노화되는지, 어떻게 죽을 것인지에 대한 세부 사항을 포함하여 다른 많은 아이디어에 파급 효과를줍니다.

이 모든 것은 하루에 24 개 미만의 중성미자에서 발생하는 반면 수많은 중성미자는 감지되지 않습니다. 우리 인간이 얼마나 영리하고, 보이지 않는 것을 볼 수있는 방법을 알아 내고, 우리를 통과 할 때 문자 그대로 우주를 샘플링 할 수 있다는 사실은 저를 결코 놀라게하지 않습니다.


남극 대륙에서 발견 된 중성미자 '유령 입자'는 천문학에서 엄청난 성취를 이끈다

얼음 깊은 곳에서 발견 된 과학자들은 기본 물리학에 대한 우리의 지식을 향상시키기위한 업적 세트에서 입자를 다시 휘발성 은하로 추적했습니다.

중성미자 소스가 발견되었습니다.

중성미자 소스 발견

blazar TXS 0506 + 056의 다중 메신저 관찰. 출처 : 공급

IN 획기적인 성과 전문가들은 천문학의 새로운 시대를 열게 될 것이라고 과학자들은 거의 40 억 광년 동안 지구로 이동 한 유령 아 원자 입자의 기원을 추적 할 수있었습니다.

중성미자라고 부르지 만 매우 작고 관찰하기 어렵 기 때문에 종종 & # x201C 유령 입자 & # x201D라고 불리는 믿을 수 없을 정도로 높은 에너지 입자는 작년 9 월 22 일 IceCube 천문대에서 감지되었습니다. 원격 시설은 남극에 위치하고 있으며 남극 얼음 아래 1km 이상 떨어진 곳에 거대한 센서가 있습니다.

별 아래 남극 근처의 IceCube 중성미자 천문대. 사진 : Felipe Pedreros 출처 : 공급

과학자들에게 중성미자는 먼 우주 방사선의 메신저처럼 행동 할 수 있습니다. 그들은 거의 빛의 속도로 이동하고 블랙홀과 같은 가장 빽빽한 환경에서 벗어날 수 있으며 원산지로 거슬러 올라갈 수 있습니다.

1 초마다 수조가 몸을 통해 흐르지 만 전하가 없기 때문에 주변 환경과 거의 상호 작용하지 않아 찾기가 어렵습니다.

남극 시설은 얼음 아래의 원자와 드물게 상호 작용하는 동안 중성미자를 감지했습니다. 과학자들은 그 중심에 블래 자 (blazar)라고 알려진 초 거대 질량의 빠르게 회전하는 블랙홀이있는 은하로 거슬러 올라갈 수있었습니다.

과학자들은 태양이 많이 어두워졌고 지구가 여전히 형성 중이었을 때 블라 자르가 우리 행성의 남극을 향해 중성미자와 감마선을 내뿜 었다고 믿습니다. 이제 우리는 하나를 추적 할 수있었습니다.

Blazars는 활성 은하의 한 유형입니다. 이 예술적 렌더링에서 블레이자는 지구와 우주의 다른 망원경뿐만 아니라 IceCube Neutrino Observatory에서 감지 할 수있는 중성미자 및 감마선을 모두 방출합니다. 사진 : IceCube / NASA 출처 : 공급

이 성과에는 1000 명 이상의 연구팀이 참여했으며 오늘 저널에 게재되었습니다. 과학.

일반 빛뿐만 아니라 중성미자도 사용하여 우주에 대해 배울 수있는 새로운 천문학 시대의 도래를 예고합니다. 워싱턴 포스트 보고되었습니다.

& # x201CBlazars는 실제로 매우 고 에너지 우주선의 오랜 기간 동안 찾아온 원천 중 하나 일 수 있으며, 따라서 IceCube가 관찰 한 우주 중성미자 플럭스의 상당 부분을 담당합니다.

The application of the breakthrough has scientists excited about the potential to improve our understanding of the early universe and fundamental physics.

“This identification launches the new field of high-energy neutrino astronomy, which we expect will yield exciting breakthroughs in our understanding of the universe and fundamental physics, including how and where these ultra-high-energy particles are produced,” Doug Cowen, a founding member of the IceCube collaboration and professor of physics, astronomy and astrophysics, said in a statement.

𠇏or 20 years, one of our dreams as a collaboration was to identify the sources of high-energy cosmic neutrinos, and it looks like we’ve finally done it!”


내용

The GRAND detector would search for neutrinos, exotic particles emitted by some and the black holes in the center of galaxies. These neutrinos could help astronomers find the source of other energetic particles called ultra-high-energy cosmic rays. When neutrinos reach Earth, they often collide with particles either in the air or on the ground, creating showers of secondary particles. These secondary particles can be picked up by the radio antennas, which lets researchers calculate the trajectory of the initial neutrinos and trace them back to their source. [1] [2] The concept was first published in 2017. [3]

The giant radio detector array would comprise 200,000 low-cost antennas in groups of 10,000 spread out over nearly 200,000 km 2 (80,000 square miles) at different locations around the world. [2] This would make it the largest detector in the world. Construction, installation and networking the 200,000 antennae, would cost approximately $226 million, [1] excluding the price for renting the land and manpower. [4]

The strategy of GRAND is to detect the radio emission coming from particle showers that develop in the terrestrial atmosphere as a result of the interaction of ultra-high energy (UHE) cosmic rays, gamma rays, and neutrinos. [5] Astrophysical tau neutrinos (
ν
τ ) can be detected through extensive air showers (EAS) induced by tau (
τ −
) decays in the atmosphere. [3] The short-lived tau decays in the atmosphere generates an EAS that emits measurable electromagnetic emissions up to frequencies of hundreds of MHz. [3] The antennae are foreseen to operate in the 60-200 MHz band to avoid the short-wave background noise at lower frequencies. [삼]

Each individual antenna is a simple Bow-tie design, featuring 3 perpendicular bows with an additional vertical arm to sample all three polarization directions. [5] Each antenna is mounted on a single 5-meter-tall pole, and each antenna in the grid is spaced at 1 km within a square grid. If the full array of 200,000 antennae is built, GRAND would reach an all-flavor sensitivity of 4 x10 −10 GeV cm −2 s −1 sr −1 above 5 x10 17 eV. Because of its sub-degree angular resolution, GRAND will also search for point sources of UHE neutrinos, steady and transient, potentially starting UHE neutrino astronomy, allowing for the discovery and follow-up of large numbers of radio transients, fast radio bursts, giant radio pulses, and for precise studies of the epoch of reionization. [5]

The researchers estimate that GRAND could allow not just the detection of neutrinos, but could also allow a differentiation of the source types, such as galaxy clusters with central sources, fast-spinning newborn pulsars, active galactic nuclei, and afterglows of gamma-ray bursts. [삼]

Simulation and experimental work is ongoing on technological development and background rejection strategies. Phase one is called GRANDProto35, that includes 35 antennas and 24 scintillators, deployed in the Tian Shan mountains in China. [3] If a pulse is observed simultaneously in the signals from three or more scintillators, the signals are recorded. As of October 2018, GRANDProto35 is in commissioning phase. [5] So far, the system achieves 100% detection efficiency for trigger rates up to 20 kHz.

The following step is planned for 2020, and its is a dedicated setup called GRANDProto300 within an area of 300 km 2 . [3] The baseline layout is a square grid with a 1 km inter-antenna spacing, just as for later stages. Because GRANDProto300 will not be large enough to detect cosmogenic neutrinos, the viability will be tested using instead extensive air showers initiated by very inclined cosmic rays, thus providing an opportunity to do cosmic-ray science. [5] The site would be hosted at the Chinese provinces of XinJiang, Inner Mongolia, Yunnan, and Gansu. [5] If funded, the later phases would build GRAND10k in 2025, and finally GRAND200k (200,000 receivers) in the 2030s. [5]


Ghosts at the South Pole: How a Giant Ice Cube Has Changed Astronomy Forever | Opinion

About four billion years ago, when the planet Earth was still in its infancy, the axis of a black hole about one billion times more massive than the sun happened to be pointing right to where our planet was going to be on September 22, 2017.

Along the axis, a high-energy jet of particles sent photons and neutrinos racing in our direction at or near the speed of light. The IceCube Neutrino Observatory at the South Pole detected one of these subatomic particles&mdashthe IceCube&mdash170922A neutrino&mdashand traced it back to a small patch of sky in the constellation Orion and pinpointed the cosmic source: a flaring black hole the size of a billion suns, 3.7 billion light years from Earth, known as blazar TXS 0506+056. Blazars have been known about for some time. What wasn't clear was that they could produce high-energy neutrinos. Even more exciting was such neutrinos had never before been traced to its source.

Finding the cosmic source of high-energy neutrinos for the first time, announced on July 12, 2018 by the National Science Foundation, marks the dawn of a new era of neutrino astronomy. Pursued in fits and starts since 1976, when pioneering physicists first tried to build a large-scale high-energy neutrino detector off the Hawaiian coast, IceCube's discovery marks the triumphant conclusion of a long and difficult campaign by many hundreds of scientists and engineers&mdashand simultaneously the birth of a completely new branch of astronomy.

The detection of two distinct astronomical messengers&mdashneutrinos and light&mdashis a powerful demonstration of how so-called multimessenger astronomy can provide the leverage we need to identify and understand some of the most energetic phenomena in the universe. Since its discovery as a neutrino source less than a year ago, blazar TXS 0506+056 has been the subject of intensive scrutiny. Its associated stream of neutrinos continues to provide deep insights into the physical processes at work near the black hole and its powerful jet of particles and radiation, beamed almost directly toward Earth from its location just off the shoulder of Orion.

As three scientists in a global team of physicists and astronomers involved in this remarkable discovery, we were drawn to participate in this experiment for its sheer audacity, for the physical and emotional challenge of working long shifts at in a brutally cold location while inserting expensive, sensitive equipment into holes drilled 1.5 miles deep in the ice and making it all work. And, of course, for the thrilling opportunity to be the first people to peer into a brand new kind of telescope and see what it reveals about the heavens.

A remote, frigid neutrino detector

At an altitude exceeding 9,000 feet and with average summertime temperatures rarely breaking a frigid -22 Fahrenheit, the South Pole may not strike you as the ideal place to do anything, aside from bragging about visiting a place that is so sunny and bright you need sunscreen for your nostrils. On the other hand, once you realize that the altitude is due to a thick coat of ultrapure ice made from several hundred thousand years of pristine snowfall and that the low temperatures have kept it all nicely frozen, then it might not surprise you that for neutrino telescope builders, the scientific advantages outweigh the forbidding environment. The South Pole is now the home of the world's largest neutrino detector, IceCube.

It may seem odd that we need such an elaborate detector given that about 100 billion of these fundamental particles sashay right through your thumbnail each second and glide effortlessly through the entire Earth without interacting with a single earthly atom.

In fact, neutrinos are the second most ubiquitous particles, second only to the cosmic microwave background photons left over from the Big Bang. They comprise one-quarter of known fundamental particles. Yet, because they barely interact with other matter, they are arguably the least well understood.

To catch a handful of these elusive particles, and to discover their sources, physicists need big&mdash0.6 mile-wide&mdashdetectors made of an optically clear material&mdashlike ice. Fortunately Mother Nature provided this pristine slab of clear ice where we could build our detector.

At the South Pole several hundred scientists and engineers have constructed and deployed over 5,000 individual photosensors in 86 separate 1.5-mile-deep holes melted in the polar ice cap with a custom-designed hot-water drill. Over the course of seven austral summer seasons we installed all the sensors. The IceCube array was fully installed in early 2011 and has been taking data continuously since.

This array of ice-bound detectors can sense with great precision when a neutrino flies through and interacts with a few Earthly particles that generate dim patterns of bluish Cherenkov light, given off when charged particles move through a medium like ice at close to light speed.

Blazar emission reaches Earth: Gamma rays (magenta), the most energetic form of light, and elusive particles called neutrinos (gray) formed in the jet of an active galactic nucleus far, far away. The radiation traveled for about 4 billion years before reaching Earth. The IceCube Neutrino Observatory at the South Pole detected the arrival of neutrino IC170922 entering Antarctica on Sept. 22, 2017. After the interaction with a molecule of ice, a secondary high-energy particle&mdasha muon&mdashenters IceCube, leaving a trace of blue light behind it. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab/Nicolle R Fuller/NSF/IceCube.

Neutrinos from the cosmos

The Achilles' heel of neutrino detectors is that other particles, originating in the nearby atmosphere, can also trigger these patterns of bluish Cherenkov light. To eliminate these false signals, the detectors are buried deep in the ice to filter out interference before it can reach the sensitive detector. But in spite of being under nearly a mile of solid ice, IceCube still faces an onslaught of about 2,500 such particles every second, each of which could plausibly have been due to a neutrino.

With the expected rate of interesting, real astrophysical neutrino interactions (like incoming neutrinos from a black hole) hovering at about one per month, we were faced with a daunting needle-in-a-haystack problem.

The IceCube strategy is to look only at events with such high energy that they are exceedingly unlikely to be atmospheric in origin. With these selection criteria and several years of data, IceCube discovered the astrophysical neutrinos it had long been seeking, but it could not identify any individual sources&mdashsuch as active galactic nuclei or gamma-ray bursts&mdashamong the several dozen high-energy neutrinos it had captured.

To tease out actual sources, IceCube began distributing neutrino arrival alerts in April 2016 with help from the Astrophysical Multimessenger Observatory Network at Penn State. Over the course of the next 16 months, 11 IceCube-AMON neutrino alerts were distributed via AMON and the Gamma-ray Coordinates Network, just minutes or seconds after being detected at the South Pole.

A new window on the universe

The alerts triggered an automated sequence of X-ray and ultraviolet observations with NASA's Neil Gehrels Swift Observatory and led to further studies with NASA's Fermi Gamma-Ray Space Telescope and Nuclear Spectroscopic Telescope Array, and 13 other observatories around the world.

Swift was the first facility to identify the flaring blazar TXS 0506+056 as a possible source of the neutrino event. The Fermi Large Area Telescope then reported that the blazar was in a flaring state, emitting many more gamma-rays than it had in the past. As the news spread, other observatories enthusiastically jumped on the bandwagon and a broad range of observations ensued. The MAGIC ground-based telescope noted our neutrino came from a region producing very high-energy gamma-rays (each about ten million times more energetic than an X-ray), the first time such a coincidence has ever been observed. Other optical observations completed the puzzle by measuring the distance to blazar TXS 0506+056: about four billion light years from Earth.

With the first-ever identification of a cosmic source of high-energy neutrinos, a new branch on the astronomy tree has sprouted. As high-energy neutrino astronomy grows with more data, improved inter-observatory coordination, and more sensitive detectors, we will be able to map the neutrino sky with better and better precision.

And we expect exciting new breakthroughs in our understanding of the universe to follow suit, such as: solving the century-old mystery of the origin of astoundingly energetic cosmic rays testing if spacetime itself is foamy, with quantum fluctuations at very small distance scales, as predicted by certain theories of quantum gravity and figuring out exactly how cosmic accelerators, like those around the TXS 0506+056 black hole, manage to accelerate particles to such breathtakingly high energies.

For 20 years, the IceCube Collaboration had a dream to identify the sources of high-energy cosmic neutrinos&mdashand this dream is now a reality.

Doug Cowen, professor of physics and professor of astronomy & astrophysics, Pennsylvania State University Azadeh Keivani, Frontiers of Science fellow, Columbia University, and Derek Fox, associate professor of astronomy and astrophysics, Pennsylvania State University. The views expressed in this article are the author's own.

This article was originally published on The Conversation. 원본 기사를 읽으십시오.


Probing the Universe with Neutrinos

An average neutrino has a 50&ndash50 chance of passing through an entire light-year of lead&mdash9.5 trillion kilometers of dense metal&mdashentirely unscathed. That profound aloofness gives the particles an advantage over other messengers: because they rarely interact with matter, neutrinos point straight back to where they came from. But this is a double-edged sword. An unavoidable consequence of traversing the universe as if it were transparent is that neutrinos typically pass through detectors on Earth in the same way&mdashwithout a trace.

To increase the odds of seeing a neutrino, scientists must build gigantic detectors such as the IceCube experiment at the South Pole, which consists of a cubic kilometer of Antarctic ice fitted with an array of optical sensors. As the world&rsquos largest neutrino observatory, IceCube searches for flashes of light emitted by charged particle showers produced when neutrinos collide with molecules in the ice. In 2018 IceCube reported a neutrino from a giant flaring blazar. And as recently as February, it saw evidence of a neutrino from a star being ripped apart by a black hole.

But at the highest energies, &ldquoIceCube just runs out of steam,&rdquo Vieregg says, noting that it would take at least 100 cubic kilometers of ice to have a reasonable chance of observing the optical traces of ultrahigh-energy neutrinos because particles accelerated to such extreme speeds are exceedingly rare. The issue lies with the spacing between detection units: light can only travel some tens of meters in ice before scattering or being absorbed, so the optical array must be packed densely, strictly limiting achievable detector size.

Thus, the sources of ultrahigh-energy particles remain undiscovered because an IceCube-style observatory of 100 cubic kilometers far surpasses the boundaries of technical and financial feasibility. In their quest to observe the first ultrahigh-energy neutrino, astrophysicists have instead shifted focus to the more economical approach of radio detection. Radio waves can travel hundreds of meters further in ice than optical light, so a sparser array of detection units can be built to cover a much larger volume at a fraction of the cost.

&ldquoRadio is the future,&rdquo says Tonia Venters, an astrophysicist at NASA&rsquos Goddard Space Flight Center. &ldquoI view it as a complementary probe with the potential to do what we&rsquore finding very challenging with other detection techniques.&rdquo


뉴트리노

Suggested Anchor Intro:
Yesterday scientists announced another giant discovery in the physics world. This time, it involves the most powerful explosion in the universe, head-banging stars and a cosmic gold rush. We have NASA scientist *NAME* here to give us a bite-sized astrophysics lesson.

While observing a galaxy 130 million light-years away, NASA scientists became the first to see a gamma-ray burst caused by two neutron stars smashing into each other. Join some of these brilliant minds from 6:00-11:30 a.m. ET on Tuesday, Oct. 17, for a bite-sized astrophysics lesson about an exciting discovery: many precious metals on Earth are remnants of these stellar collisions. This particular explosion produced 500 times the mass of Earth in platinum and 200 times the mass of Earth in gold.

Gamma-ray bursts are the most powerful explosions in the cosmos. Most occur when a massive star collapses under its own weight as it nears the end of its life. For decades scientists have suspected these bursts might also come from something else: collisions between neutron stars, the smallest and densest stars known to exist — they were right. Black holes merge darkly, but neutron stars do so with a splash. Matter is packed so tightly in neutron stars that a sugar cube-sized amount of material would weigh as much as Mount Everest. So, as it turns out, a neutron star merger can fuel the creation of precious metals and scatter them across the universe — precisely how gold, platinum and dozens of other elements arrived at Earth.

We now know that a neutron star merger is powerful enough to cause ripples in space-time, just as a rock thrown into a pond creates ripples in the water. The discovery of these gravitational waves earned three physicists a 2017 Nobel Prize. This neutron star collision marks the first time scientists have been able to pinpoint exactly where gravitational waves originated. This discovery brings remarkable new insights into the physics behind the most powerful explosions in the universe — and a reminder that we're surrounded by the stuff of stars.

Suggested Questions:
1. Walk us through this incredible discovery. What did you see?
2. So, the gold in my ring is stardust? How did these heavy metals get to Earth?
3. This isn't the first time you've seen an explosion like this. Why is this one so special?
4. The science community is pretty excited about gravitational waves. What are they?
5. Where can we learn more?

Location: NASA's Goddard Space Flight Center/Greenbelt, Maryland

Scientists:
Dr. Brad Cenko / NASA Astrophysicist, Goddard Space Flight Center
Dr. Paul Hertz / Director, Astrophysics Science Division, NASA Headquarters
Dr. Julie McEnery / NASA Astrophysicist, Goddard Space Flight Center

To book a window contact: Micheala Sosby / [email protected] / 301-286-8199

Catching gravitational waves from some of the strongest sources — colliding black holes with millions of times the sun's mass — will take a little longer. These waves undulate so slowly that they won't be detectable by ground-based facilities. Instead, scientists will need much larger space-based instruments, such as the proposed Laser Interferometer Space Antenna, which was endorsed as a high-priority future project by the astronomical community.

A team that includes astrophysicists at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., is looking forward to that day by using computational models to explore the mergers of supersized black holes. Their most recent work investigates what kind of "flash" might be seen by telescopes when astronomers ultimately find gravitational signals from such an event.

To explore the problem, a team led by Bruno Giacomazzo at the University of Colorado, Boulder, and including Baker developed computer simulations that for the first time show what happens in the magnetized gas (also called a plasma) in the last stages of a black hole merger.

In the turbulent environment near the merging black holes, the magnetic field intensifies as it becomes twisted and compressed. The team suggests that running the simulation for additional orbits would result in even greater amplification.

The most interesting outcome of the magnetic simulation is the development of a funnel-like structure — a cleared-out zone that extends up out of the accretion disk near the merged black hole.

The most important aspect of the study is the brightness of the merger's flash. The team finds that the magnetic model produces beamed emission that is some 10,000 times brighter than those seen in previous studies, which took the simplifying step of ignoring plasma effects in the merging disks.