|
Изображение Млечного Пути с помощью нейтрино
|
|
|
|
Наша галактика Млечный Путь — впечатляющая особенность ночного неба, которую можно увидеть невооруженным глазом в виде туманной полосы звезд от горизонта до горизонта. Теперь нейтринная обсерватория IceCube впервые создала изображение Млечного Пути с помощью нейтрино — крошечных призрачных астрономических посланников. В статье, которая будет опубликована в журнале Science, международная группа IceCube Collaboration, состоящая из более чем 350 ученых, представляет доказательства эмиссии высокоэнергетических нейтрино из Млечного Пути. Нейтрино высоких энергий, энергия которых в миллионы и миллиарды раз выше, чем у тех, что образуются в результате термоядерных реакций, питающих звезды, были обнаружены нейтринной обсерваторией IceCube, гигатонным детектором, работающим на станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе. Этот единственный в своем роде детектор охватывает кубический километр глубокого антарктического льда и оснащен более чем 5000 световыми датчиками. IceCube ищет признаки высокоэнергетических нейтрино, исходящих из нашей галактики и за ее пределами, вплоть до самых дальних уголков Вселенной.
|
|
|
|
«Интересно то, что, в отличие от света любой длины волны, в нейтрино Вселенная затмевает близлежащие источники в нашей собственной галактике», — говорит Фрэнсис Халзен, профессор физики в Университете Висконсин-Мэдисон и главный исследователь IceCube. «Как это часто бывает, значительные прорывы в науке стали возможными благодаря достижениям в области технологий», — говорит Дениз Колдуэлл, директор физического отдела Национального научного фонда. «Возможности, предоставляемые высокочувствительным детектором IceCube, в сочетании с новыми инструментами анализа данных, дали нам совершенно новый взгляд на нашу галактику, на который раньше мы только намекали. Поскольку эти возможности продолжают совершенствоваться, мы можем смотреть вперед. наблюдать, как эта картина появляется с постоянно увеличивающимся разрешением, потенциально раскрывая скрытые особенности нашей галактики, которые человечество никогда раньше не видело».
|
|
|
Взаимодействия между космическими лучами — высокоэнергетическими протонами и более тяжелыми ядрами, также образующимися в нашей галактике, — и галактическим газом и пылью неизбежно порождают как гамма-лучи, так и нейтрино. Учитывая наблюдение гамма-лучей с галактической плоскости, ожидалось, что Млечный Путь будет источником нейтрино высокой энергии. «Теперь измерен аналог нейтрино, что подтверждает то, что мы знаем о нашей галактике и источниках космических лучей», — говорит Стив Склафани, доктор физико-математических наук. студент Университета Дрекселя, член IceCube и один из ведущих анализаторов. Поиски были сосредоточены на южном небе, где основная масса нейтринного излучения от галактической плоскости ожидается вблизи центра нашей галактики. Однако до сих пор фон мюонов и нейтрино, образующихся в результате взаимодействия космических лучей с атмосферой Земли, создавал серьезные проблемы.
|
|
|
|
Чтобы преодолеть их, сотрудники IceCube из Университета Дрекселя разработали анализ, который выбирает «каскадные» события или взаимодействия нейтрино во льду, которые приводят к примерно сферическим ливням света. Поскольку выделение энергии от каскадных событий начинается в инструментальном объеме, загрязнение атмосферными мюонами и нейтрино снижается. В конечном итоге более высокая чистота каскадных событий дала лучшую чувствительность к астрофизическим нейтрино с южного неба. Однако окончательный прорыв произошел благодаря внедрению методов машинного обучения, разработанных сотрудниками IceCube в TU Dortmund University, которые улучшают идентификацию каскадов, создаваемых нейтрино, а также их направление и реконструкцию энергии. Наблюдение нейтрино из Млечного Пути является отличительной чертой новой критической ценности, которую машинное обучение обеспечивает для анализа данных и реконструкции событий в IceCube.
|
|
|
|
«Улучшенные методы позволили нам сохранить на порядок больше нейтринных событий с лучшей угловой реконструкцией, что привело к анализу, который в три раза более чувствителен, чем предыдущий поиск», — говорит член IceCube, доктор философии TU Dortmund. студент и соведущий аналитик Мирко Хюннефельд. Набор данных, использованный в исследовании, включал 60 000 нейтрино, охватывающих 10 лет данных IceCube, что в 30 раз больше событий, чем выборка, использованная в предыдущем анализе галактической плоскости с использованием каскадных событий. Эти нейтрино сравнивались с ранее опубликованными прогнозными картами мест на небе, где, как ожидалось, галактика будет сиять нейтрино. Карты включали одну, составленную на основе экстраполяции гамма-наблюдений Млечного Пути с помощью большого телескопа Ферми, и две альтернативные карты, идентифицированные как KRA-гамма группой теоретиков, которые их создали.
|
|
|
|
«Это долгожданное обнаружение взаимодействия космических лучей в галактике также является прекрасным примером того, чего можно достичь, если последовательно применять современные методы обнаружения знаний в машинном обучении», — говорит Вольфганг Род, профессор физики Дортмундского технического университета. Член IceCube и советник Хюннефельда. Сила машинного обучения предлагает большой потенциал в будущем, приближая другие наблюдения в пределах досягаемости. «Убедительные доказательства того, что Млечный Путь является источником нейтрино высоких энергий, выдержали строгие испытания в рамках сотрудничества», — говорит Игнасио Табоада, профессор физики в Технологическом институте Джорджии и представитель IceCube. «Теперь следующим шагом является определение конкретных источников в галактике». Эти и другие вопросы будут рассмотрены в запланированных последующих анализах IceCube. «Наблюдение за нашей собственной галактикой впервые с использованием частиц вместо света — это огромный шаг», — говорит Наоко Курахаши Нейлсон, профессор физики в Университете Дрекселя, член IceCube и советник Склафани. «По мере развития нейтринной астрономии мы получим новую линзу для наблюдения за Вселенной».
|
|
|
|
Источник
|
