Astronomers have to the high energy neutrino to its cosmic source for the first time ever, solving a century-old mystery in process.

ニュートリノはほとんど質量のない素粒子で、電荷を持っていないので周囲とほとんど相互作用しません。 実際、何兆個ものこの「幽霊粒子」が毎秒、気づかれることなく、妨げられることなく体内を流れています。

これらのニュートリノの大部分は太陽からやってくるものです。 しかし、ごく一部の非常に高いエネルギーを持つニュートリノは、非常に深い宇宙から我々の住む地域まで飛んできている。 ニュートリノが持つ特有のとらえどころのなさから、天文学者はこのような宇宙をさまようニュートリノの起源を突き止めることができませんでした-今までは。

南極のアイスキューブ・ニュートリノ観測所と他の多くの機器による観測で、研究者は1つの宇宙ニュートリノを遠くのブレイザー、つまり高速回転する超巨大ブラックホールを中心に持つ巨大楕円銀河に突き止めることができました。 宇宙ニュートリノは宇宙線と密接に関係しており、宇宙線は我々の惑星に絶えず降り注ぐ高エネルギーの荷電粒子である。

天文学者は、宇宙線が最初に発見された1912年以来、このことについて不思議に思ってきました。 しかし、宇宙線は荷電粒子であるため、宇宙空間を移動する際にさまざまな物体に引っ張られ、その結果、宇宙線があっちへ行ったりこっちへ来たりしてしまうことが分かっています。

「私たちは1世紀以上にわたって宇宙線の発生源を探し続けてきましたが、ついに1つを見つけました」と、アイスキューブ・ニュートリノ観測所の主任科学者でウィスコンシン大学マディソン校物理学教授のフランシス・ハーゼン氏はスペースコムに語っています。

A team effort

アメリカ国立科学財団（NSF）が管理するIceCubeは、専用のニュートリノ・ハンターです。 この施設は86本のケーブルから成り、南極の氷の中に約1.5マイル（2.5キロメートル）伸びたボーリング穴の中に収まっています。 すべてのケーブルは順番に、高感度光検出器を装備した60個のバスケットボールサイズの「デジタル光モジュール」を保持しています。

これらの検出器は、ニュートリノが原子核と反応した後に放出される特徴的な青い光を拾うよう設計されています。 (この光は、相互作用によって作られる二次粒子によって投げ出されます。 そして、念のために言っておくと その上にあるすべての氷は、ニュートリノ以外の粒子が検出器に到達してデータを汚してしまうのを防ぐのです)。 IceCubeは年間数百個のニュートリノを検出するとHalzen氏は言います。

この施設はすでに天文学に大きな貢献をしています。 例えば2013年、IceCubeは天の川銀河の向こう側からのニュートリノを、世界で初めて確認された形で検出しました。 研究者たちは当時、その高エネルギー幽霊粒子の発生源を突き止めることができませんでした。

しかし、2017年9月22日、IceCubeは別の宇宙ニュートリノを拾い上げました。 それは、地球で最も強力な粒子加速器である大型ハドロン衝突型加速器を通過する陽子のエネルギーの50倍近い、約300テラエレクトロンボルトのエネルギーを持つ、非常にエネルギッシュなものでした。

検出から1分以内に、施設は自動通知を送り、他の天文学者に発見を知らせ、粒子のソースがあると思われる空のパッチへの座標を中継しました。 地上と宇宙にある20近い望遠鏡が、低エネルギーの電波から高エネルギーのガンマ線まで、電磁波のスペクトル全体にわたってそのパッチを捜索したのです。

例えば、NASAの地球を周回するフェルミガンマ線宇宙望遠鏡やカナリア諸島の主要大気ガンマ線撮像チェレンコフ望遠鏡（MAGIC）など、いくつかの異なる装置による追跡観測は、TXS 0506+056から放出された強力なガンマ線の爆発を発見しました。

またIceCubeチームはアーカイブデータを調べ、同じブレイザーから来たと思われる12個以上の他の宇宙ニュートリノを発見しました。 これらの追加の粒子は、2014年後半から2015年初頭にかけて検出器によって拾われました。

「すべてのピースが一緒にフィットします」と、アイスキューブの上級科学者でUWマディソン物理学教授のアルブレヒト・カーレは声明で述べました。 “私たちのアーカイブデータのニュートリノのフレアは、独立した確認となりました。 他の観測所からの観測と合わせると、このブレイザーが極めて高エネルギーなニュートリノ、ひいては高エネルギー宇宙線の発生源であることを示す説得力のある証拠となります。

Multimessenger astrophysics on the rise

ブレザーは超光速の活動銀河の特殊なタイプで、光と粒子のツインジェットを吹き出し、そのうちのひとつは直接地球に向けて発射されるものです。 (

天文学者は宇宙全体で数千のブレーザーを識別していますが、TXS 0506+056のようにニュートリノを私たちに投げかけているものはまだ見つかっていません。

「この天体には何か特別なものがあり、それが何であるかを解明しなければなりません」とHalzen氏はSpace.comに語りました。

これは新しい結果によって生じた多くの疑問の1つに過ぎません。 例えば、ブレザーがニュートリノや宇宙線をどのようにして、あのような途方もない速度まで加速するのか、そのメカニズムも知りたいと考えています。

ハルゼンは、2つの新しい研究で示された「マルチメッセンジャー天体物理学」（宇宙を調べるために少なくとも2種類の信号を使用すること）の力を挙げて、比較的近い将来にそうした疑問に答えることに楽観的な見方を示した。”

ニュートリノの発見は、別のマルチメッセンジャーランドマークに密接に従っている。 2017年10月、研究者たちは、劇的なイベントの間に放出された電磁波と重力波の両方を観測することによって、2つの超高密度中性子星間の衝突を分析したと発表しました。

「マルチメッセンジャー天体物理学の時代が到来した」と、NSFディレクターのフランス・コルドバは同じ声明で述べています。 「電磁波、重力波、そして今回のニュートリノと、それぞれのメッセンジャーが、宇宙をより完全に理解し、空で最も強力な天体や事象に対する重要な新しい洞察を与えてくれます」

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