「幽霊のような」ニュートリノは、これまでにないほど天の川を見るのに役立ちます

1923 年、フランスの作家マルセル プルーストは、7 巻からなる叙事詩『過去の記憶』の 5 冊目の本を出版しました。 その中で彼は、時を経て「本当の発見の旅は…新しい風景を求めることではなく、新しい目を持つことにある」と言い換えられている一節を書いている。 これは天文学者が長い間知っていたメッセージであり、最近発表された天の川銀河の新しいユニークな写真でも再び実証されました。 この画像は、私たちの銀河環境を理解する全く異なる方法を開きます。

太古の昔から、先史時代の肉眼から 1610 年の望遠鏡の最初の使用に至るまで、天文学者は電磁スペクトルを使用して空を観察してきました。その後、1932 年に電波が、1960 年代にはガンマ線が続きました。 しかし、星間空間を通過できるのは電磁放射線（粒子の形は光子）だけではありません。 もう 1 つのメッセンジャーは、ある種の核崩壊で放出される粒子である謎のニュートリノです。

研究者らは、IceCube 検出器を使用して、深宇宙から来る非常にエネルギーの高いニュートリノを探しました。 IceCube は巨大です。南極にある立方キロメートルの氷で構成されています。 宇宙からのニュートリノは大気を通過し、氷の中で相互作用します。 これらの相互作用は多量のエネルギーを蓄積し、それは非常に短時間の光の点滅に変換されます。 研究者は、さまざまなパターンの点滅を使用して、元のニュートリノが来た方向を割り出すことができます。

この測定は非常に困難でした。 ニュートリノは核反応から放出され、近くにある最大の原子炉は太陽です。 実際、すべての星はニュートリノを放射しますが、星から放射されるニュートリノのエネルギーは、IceCube 検出器が探していたエネルギーよりもはるかに低い傾向があります。 しかし、低エネルギーニュートリノの検出率は高エネルギーニュートリノよりもはるかに高かった。 高エネルギー信号を掘り出すには、10 年分のデータと高度な AI 技術が必要でした。

懸命な作業が功を奏し、宇宙からの高エネルギーニュートリノの約 60,000 個のインスタンスを含むデータセットが得られました。 ニュートリノは天体から放出されるため、研究者らは高エネルギーニュートリノの最も頻繁な発生源が天の川面にあると予想し、それが実際に発見されたのです。

銀河の高エネルギーニュートリノが生成されるプロセスはまだ完全には理解されていません。 それらは恒星、超新星、その他の天体の内部で直接発生するものではないと考えられています。 その代わりに、天文学者はガンマ線が発生源であると考えています。 ガンマ線は非常に高エネルギーの電磁放射線であり、X 線よりもはるかに強力です。 それらは、非常に熱くて重い星や、ブラック ホールを囲む非常に熱いガスから放出されます。

これらのガンマ線は宇宙空間を飛び、星の間に漂う水素ガスと時々相互作用します。 ガンマ線と水素原子核との相互作用によって、IceCube で観測されたタイプの高エネルギーニュートリノが生成されると考えられています。

研究者たちはこの仮説を検証し、それがほぼ正しいと思われることを発見しました。 最もエネルギーの高いガンマ線と高エネルギーのニュートリノは、宇宙の同じ場所から来ているようです。 ただし、証拠は決定的なものではありません。 天文学者はガンマ線の起源を非常に正確に決定できますが、ニュートリノについては同じ精度を達成できませんでした。 高エネルギーニュートリノが IceCube で検出された場合、ニュートリノの元の進行方向は約 5 度の精度でしか決定できません。 これは、ガンマ線源とニュートリノ放出の間の大まかな相関関係のみを確立するには十分です。

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研究者らが天の川銀河のガンマ線放出のよく知られたパターンを利用して高エネルギーニュートリノ生成の予想速度を予測したところ、予想よりも多くのニュートリノが検出されることが判明した。 この矛盾は、予想外の過剰な高エネルギーニュートリノがどこから来たのかを理解しようとしている天文学者の注目を集めています。