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认识宇宙④来自银河之外的中微子

来源:光明网2018-07-19 10:42

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    伽利略之后,射电和X射线天文的出现,极大地丰富了我们对于宇宙的认识,科学家们能够利用整个电磁波谱去观测宇宙。尽管如此,科学家们并没有放弃探索其他的新的方式,这期当中我们将讲到电磁波谱之外的一种全新探索方式:中微子。

认识宇宙④来自银河之外的中微子

    大家好,我是国家天文台的苟利军。上次我们提到,美国的科学家们在为登月做准备的过程当中,一个非常偶然的机会开启了X射线天文学。

    最刚开始观测的时候,科学家们利用的是火箭。然而,因为火箭每次只能观测几分钟,所以当时的科学家们就想着,通过发射太空望远镜的方式对X射线天体源进行观测。在同一科学团队的努力之下,他们终于在1970年,发射了人类第一颗X射线望远镜,当时被命名为乌呼鲁,其含义为“自由”,寓意人类终于可以摆脱地球的束缚进行太空观测了。这个科学团队的负责人贾科尼,因为他在X射线天文方面所做的先驱性的贡献,在2002年的时候,被授予了诺贝尔物理学奖。

    经过四十多年的发展,到目前为止,随着技术不断改进,X射线望远镜已经从最早的第一代发展到了第三代。最先进技术的代表当属美国的钱德拉X射线望远镜和欧洲的XMM-Newton望远镜,他们都在1999年发射,已经运行了将近20年,在观测黑洞、中子星等天体方面做出了非常大的贡献。

    值得一提的是,中国也在2017年发射了属于自己的第一颗X射线望远镜,命名为慧眼卫星,中国的X射线天文研究也必将得到提升。

    到此为止,科学家们可以利用几乎整个电磁波谱进行宇宙天体的观测了。那么除了电磁波,也就是我们常说的光子之外,还有没有其他的观测方式呢?当然有的,接下来我们就来简单聊聊其他两种不同的探测方式:中微子和引力波。

    让我们先来看一下中微子。中微子是一种非常特殊的粒子,它与光子完全不同,它几乎不与物质发生反应,所以很难被探测到。但好处是,因为中微子所产生的地方,通常是一个天体最核心的地方,所以中微子可以告诉我们,核心地方的信息,这个很难利用其它的观测方式得知。

    自从上个世纪五十年代,中微子第一次在核反应堆中被探测到。而大约在10年之后,美国科学家利用大型的中微子探测器观测到了来自于太阳的中微子。尽管在此之后的一段时间之内,探测到了不同的中微子,但是无法确认其来源,所以并没有太大的进展和突破。

    终于等到了1987年,我们临近星系,大麦哲伦星系中的一个超新星爆发,真正意义的探测到了太阳之外的中微子。这次观测,两个不同的探测器,总共在13秒的时间之内,探测到了25个中微子。在中微子探测到的3个小时之后,地面上的其它望远镜接收到了爆发的光学信号,所以通过不同信号的到达时间,科学家们确认了超新星的爆发模型。不仅如此,科学家们还通过有限数目的中微子,估算了爆发所释放出来的总能量,发现爆发总能量的99%都是通过中微子释放出去的。

    所以这次超新星爆发,不仅是开启了中微子天文学,而且是开启了中微子多信使天文学,使得天文学家能够利用多种方式对某个天体进行全面的研究。好了,今天我们就暂时讲到这里,我们下期再见。

    讲述人简介:苟利军,国家天文台研究员,黑洞及其高能爆发现象研究团组负责人。中国科学院大学教授、北京市天文学会副理事长。2016年获得中国侨界个人贡献奖。

    本期编辑:小怪兽

[ 责编:蔡琳 ]
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