애매한 중성미자는 이전과는 다른 우리 은하의 초상화를 보여줍니다.

눈에 보이는 별빛에서 전파에 이르기까지 우리은하는 방출하는 전자기 복사의 다양한 주파수를 통해 오랫동안 관찰되어 왔습니다. 과학자들은 이제 수천 개의 중성미자(보이지 않는 “유령 입자”)의 은하 기원을 결정함으로써 우리 은하의 독특하고 다른 이미지를 밝혀냈습니다. 이 입자는 대량으로 존재하지만 일반적으로 감지되지 않고 지구를 통과합니다. 중성미자에 기반한 우리 은하의 이미지는 최초의 것으로, 전자기 에너지가 아닌 물질 입자로 만들어진 은하 초상화입니다.

이 돌파구는 남극에 있는 NSF의 아문센-스콧 남극 기지에서 미국 국립 과학 재단이 지원하는 IceCube Neutrino Observatory를 사용하는 연구원들의 협력에 의해 달성되었습니다. 거대한 천문대는 1세제곱 킬로미터의 깨끗하고 깨끗한 얼음 깊숙이 묻혀 있는 수천 개의 네트워크 센서를 사용하여 우주에서 고에너지 중성미자의 미묘한 신호를 감지합니다. 결과는 오늘 Drexel University에서 열린 행사에서 공개되었으며 내일 저널에 게재될 예정입니다. 과학.

Drexel University의 물리학자인 Naoko Kurahashi Neilson과 두 명의 박사 과정 학생인 Steve Sclafani가 Drexel과 독일의 TU Dortmund University의 Mirco Hünnefeld가 먼저 이미지를 조사했습니다. Kurahashi Neilson은 이미지를 생성하는 데 사용되는 혁신적인 계산 분석을 제안하고 NSF의 교수 조기 경력 개발 프로그램에서 보조금을 통해 그녀의 아이디어를 추구하기 위한 자금을 받았습니다.

NSF의 물리학과 책임자인 Denise Caldwell은 “종종 그렇듯이 과학의 중요한 돌파구는 기술의 발전으로 가능합니다.”라고 말합니다. “새로운 데이터 분석 도구와 결합된 매우 민감한 IceCube 감지기가 제공하는 기능은 우리 은하에 대한 완전히 새로운 관점을 제공했습니다. 인류가 이전에 본 적이 없는 우리 은하계의 숨겨진 특징을 잠재적으로 드러내는 이 사진이 계속해서 증가하는 해상도로 나타나는 것을 기대하고 있습니다.”

위스콘신-매디슨 대학의 물리학자이자 IceCube의 수석 연구원인 Francis Halzen은 “흥미로운 것은 모든 파장의 빛과 달리 중성미자에서 우주가 우리 은하의 근처 소스보다 더 빛난다는 것입니다.”라고 말합니다.

악명 높게 파악하기 어려운 중성미자를 감지하고 다른 종류의 성간 입자와 구별하는 벅찬 도전을 넘어, 그들이 어디에서 왔는지를 결정하는 훨씬 더 야심찬 목표가 있습니다. 중성미자가 IceCube 아래의 얼음과 상호 작용할 때 이러한 드문 조우는 IceCube가 감지할 수 있는 희미한 빛 패턴을 생성합니다. 일부 빛 패턴은 방향성이 강하고 하늘의 특정 영역을 명확하게 가리키므로 연구원이 중성미자의 출처를 결정할 수 있습니다. 이러한 상호 작용은 IceCube Collaboration의 2022년 4,700만 광년 떨어진 다른 은하에서 온 중성미자 발견의 기초가 되었습니다.

Kurahashi Neilson은 다른 상호 작용은 방향성이 훨씬 적고 맑은 얼음에서 계단식 “빛의 보풀 공”을 생성한다고 말합니다. 그녀의 동료 IceCube Collaboration 회원인 Sclafani와 Hünnefeld는 10년 동안 IceCube에서 기록된 60,000개 이상의 중성미자 생성 빛 폭포의 상대적인 위치, 크기 및 에너지를 비교하는 기계 학습 알고리즘을 개발했습니다.

세 명의 연구원은 중성미자 감지를 시뮬레이션하는 인공 데이터를 사용하여 알고리즘을 세심하게 테스트하고 검증하는 데 2년 이상을 보냈습니다. 결국 실제 IceCube가 제공한 데이터를 알고리즘에 입력했을 때 나타난 것은 은하수에서 중성미자를 방출하는 것으로 의심되는 위치에 해당하는 밝은 점을 보여주는 사진이었습니다. 그 위치는 관측된 감마선이 이론적으로 중성미자를 생성해야 하는 우주선과 성간 가스 사이의 충돌 부산물로 생각되는 장소에 있었습니다.

Sclafani는 “이제 중성미자 대응물이 측정되어 우리 은하와 우주 광선 소스에 대해 우리가 알고 있는 것을 확인했습니다.”라고 말합니다.

수십 년 동안 과학자들은 우주를 관찰하는 데 사용되는 방법을 확장하여 수많은 천문학적 발견을 밝혀냈습니다. 전파 천문학과 적외선 천문학과 같은 한때 혁명적이었던 발전은 중력파와 현재 중성미자와 같은 현상을 사용하는 새로운 종류의 관측 기술과 결합되었습니다. Kurahashi Neilson은 은하수의 중성미자 기반 이미지가 발견 계보의 또 다른 단계라고 말합니다. 그녀는 중성미자 천문학이 이전에 알려지지 않은 우주의 측면을 밝힐 수 있을 때까지 이전 방법처럼 연마될 것이라고 예측합니다.

“이것이 우리가 하는 일을 하는 이유입니다.”라고 그녀는 말합니다. “아무도 본 적이 없는 것을 보고, 우리가 이해하지 못한 것을 이해하는 것.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230629193240.htm