天体物理学家利用幽灵般的粒子拼凑出了我们所生活的星系的新地图。
目前，银河系地图是模糊且不完整的。 但随着收集到的数据越来越多，它会变得更加清晰，并将有助于阐明银河系的痉挛，例如爆炸恒星的膨胀残余物，为仅靠传统望远镜观测难以解开的谜团提供线索。
费城德雷克塞尔大学物理学教授仓桥直子·尼尔森 (Naoko Kurahashi Neilson) 说：“这是我们第一次在光以外的任何东西下看到我们自己的星系。”他提出了可以收集星系新视图的想法。来自称为中微子的粒子。
仓桥尼尔森博士和其他 350 多名合作分析南极中微子探测器数据的科学家在周四发表在《科学》杂志上的一篇论文中报告了他们的发现。
“这终于真正成为中微子天文学的开始，”未参与这项研究的夏威夷大学物理学家约翰·G·勒尼德 (John G. Learned) 说。
自从人们仰望夜空以来，他们就看到了银河系中恒星发出的漫射光带。 精密的望远镜已经在从无线电波到超高能伽马射线的整个光谱范围内对银河系进行了观测。 但这些都是光的形式。
中微子则完全不同：它们是从各种亚原子反应中喷射出来的粒子，是宇宙中最常见的粒子之一。 但它们几乎没有重量，也很少与任何东西相互作用。
在地球底部，科学家们将四分之一立方英里的南极冰变成了冰立方中微子观测站。 冰提供了足够的质量，因此穿过的每百万个中微子中就有一个会撞击某物，释放出一道闪光，这些闪光可以被冰中冻结的 5,000 多个光电倍增管捕获。
去年 11 月，IceCube 团队报告称，在距离地球仅 4700 万光年的星系 NGC 1068 中检测到了约 80 个中微子。 当中心的超大质量黑洞贪婪地吞噬落入其中的物质时，这些中微子很可能会喷出。
有点奇怪的是，天文学家没有可以自信地说中微子来自我们银河系内部。 从某些方面来说，这并不奇怪。 银河系中心的黑洞比 NGC 1068 安静得多。但天体物理学家预计还有其他现象会产生足够的高能中微子出现在冰立方中。
将中微子与银河系事件联系起来的一个障碍是冰立方探测器放置在南半球，那里是我们的星系最容易观测到的地方。
“你可能会认为这更好，因为探测器位于南半球，”仓桥尼尔森博士说。 但相反，当高能宇宙射线撞击地球大气中的分子时产生的粒子冲走了天文学家通常寻找的中微子信号。
“这几乎就像试图在洛杉矶观看银河系一样，”仓桥尼尔森博士说。
大约五年前，她有了一个想法。 仓桥尼尔森博士想要分析中微子在冰立方内也能产生的球形级联光，而不是天文学家此前一直关注的中微子信号——长长的光轨，有助于指向它们遥远的起源。有助于确定粒子的来源。
“它就像一团光，”她说。 “从天文学角度来看，我们过去常常把它扔掉。”
但这些斑点在所有方向上并不完全对称——就像扔进池塘的一块石头所产生的涟漪并不总是完全是圆形的——所以中微子的方向仍然可以推断出来。
“我想我的大多数合作者当时都不相信这是可行的，”仓桥尼尔森博士说。 “你想挑战极限，但你又不想做一些不可能做到的事情。 所以你拥有所有这些处于边缘的想法，你必须选择一个你认为可能真正可行的想法。”
史蒂夫·斯克拉法尼 (Steve Sclafani) 是德雷塞尔大学的研究生，与库桥·尼尔森 (Kurahashi Neilson) 博士一起工作，后者现在是马里兰大学的博士后研究员，而米尔科·亨内菲尔德 (Mirco Hünnefeld) 是德国多特蒙德工业大学的研究生，他们利用先进技术，带头进行了这项分析。机器学习，人工智能的一个分支。
“我们确实是大海捞针，”Hünnefeld 先生说。
为了避免欺骗自己的可能性，对IceCube 10年数据的分析是盲目进行的。 研究人员没有查看任何中间结果，科学家们直到最后才知道他们的分析是否发现了任何银河系中微子。 “我们完全有可能打开那个盒子，看到的是零，”斯克拉法尼博士说。
相反，分析发现了来自银河系银面的数百个中微子。 中微子和伽马射线（光的最高能量形式）之间似乎存在某种相关性。 两者都是在高能宇宙射线撞击星际空间中的氢气分子等其他粒子时溢出的粒子级联中产生的。
银河系中心附近有一个暗示性的亮点——可能是银河系超大质量黑洞产生的中微子——但“它在统计上并不那么显着，”仓桥尼尔森博士说。 随着收集到的数据越来越多，来自银河系中心的中微子排放将会变得清晰，或者会逐渐消失，因为这只是统计上的侥幸。
宇宙射线、伽马射线和中微子在地球上的暴雨表明宇宙一点也不平静，恒星爆炸，黑洞吞噬周围的环境。
“我们看到了所有这些令人难以置信的暴力和充满活力的过程，”美国宇航局马里兰州戈达德太空飞行中心的天体物理学家雷吉娜·M·卡普托(Regina M. Caputo)说，她没有参与冰立方项目。
美国宇航局费米伽马射线太空望远镜项目科学家伊丽莎白·A·海斯 (Elizabeth A. Hays) 表示，IceCube 将提供一种新的、不同的视角。 “现在我们也有了中微子，”她说，“我们可以一起研究这些东西，以真正了解银河系内外的高能物质来自哪里。”