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贝加尔湖-GVD中微子望远镜揭示银河系盘面高能中微子新发现

2025-01-06 09:28     来源:中国核技术网     中微子望远镜 中微子伽马射线中微子流

1月3日塔斯社报道,俄罗斯天体物理学家在贝加尔湖-GVD(Gigaton Volume Detector)中微子观测站的数据分析中取得了突破性进展。研究结果显示,银河系盘面产生了异常大量的中微子,这些中微子的能量超过了200 TeV(太电子伏特)。这一发现对地面观测站关于此类粒子起源的现有观点提出了挑战。

相关研究成果已在arXiv.org上发表。论文中,科学家们指出,他们对贝加尔-GVD六年观测数据的深入分析显示,银河平面发出了高浓度的天体物理中微子。这些测量结果与先前使用南极冰立方天文台获得的数据估计值相吻合,表明中微子的贡献出乎意料地强烈。科学家们表示,银河系进入高能中微子的背景通量与许多已建立的模型和理论相矛盾。

此次研究由俄罗斯科学院核研究所(Troitsk)首席研究员谢尔盖·特罗伊茨基(Sergei Troitsky)领导的一组天体物理学家完成。他们专注于研究俄罗斯发现的超高能中微子的特性。贝加尔-GVD中微子望远镜自2015年开始建设以来,虽然当时仍在建造过程中,但已经记录了来自太空的中微子数据。

科学家们解释说,他们对超高能中微子的兴趣源于两年前在南极中微子观测站IceCube的数据中发现,这些中微子是由银河系内部的物体产生的。这与大多数粒子来源于遥远的星系及其产生的宇宙射线的既定观点不符。因此,他们决定对贝加尔-GVD观测到的超高能中微子进行类似的分析。

从2018年至2024年,贝加尔-GVD天文台共记录了八束相似粒子同时穿过贝加尔湖,每束粒子的能量从214 TeV到1200 TeV不等。科学家们确定了这些粒子的源在夜空中的大致位置,并将其与使用费米望远镜数据编制的伽马射线范围内的夜空地图进行了比较。结果发现,Baikal-GVD检测到的高能中微子有很大一部分也起源于银河盘。有99.97%的概率表明,这些粒子中的26%到49%(即百分之几十)起源于银河系。

这一观察结果迫使科学家们重新审视现有的高能中微子形成理论和模型。在以往的理论中,银河系仅占此类粒子的不到10%。因此,这一发现表明需要认真修改这些理论和模型。

贝加尔-GVD中微子望远镜旨在记录和研究来自天体物理源的超高能中微子通量。科学家计划利用这一装置研究遥远的过去宇宙中发生的巨大能量释放过程。虽然以前已经记录过来自太空的中微子,但科学家们现在才开始接近通过中微子通量来观察宇宙历史的想法。

贝加尔-GVD中微子望远镜是北半球最大的深水中微子望远镜,位于俄罗斯贝加尔湖湖底,距岸边约3.5至4公里,水深750至1300米 ‌。该望远镜由捷克、德国、波兰、俄罗斯、斯洛伐克等多国科学家合作建造,自2015年开始建设,旨在记录来自天体的超高能中微子流,研究地球物理学、水文学、淡水生物学现象以及宇宙的产生和进化过程。它利用水作为有效的观测媒介,通过捕捉中微子与水相互作用产生的信号来探测这些难以捉摸的粒子,该望远镜由10个模块集群组成,每个模块集群有8个垂直的光探测元件,每个元件上有36个模块。光学系统用于记录中微子与水相互作用产生的μ介子的切伦科夫辐射。2023年,科学家计划在10个集群中再增加两个。未来几年,该望远镜还将进行扩建。目前,贝加尔-GVD已成为全球中微子网络(GNN)的重要组成部分,与南极的冰立方中微子望远镜(IceCube)和地中海的ANTARES/KM3NET等一起,共同探索宇宙的奥秘‌。

1998年,俄罗斯在贝加尔湖安装了初始版深水中微子望远镜,并通过该望远镜测量了地球大气层中产生的中微子。这项研究取得的成果促使美国在南极建造了“冰立方”中微子观测站。2021年3月13日,贝加尔-GVD中微子望远镜在贝加尔湖正式启动。



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