当我们抬头仰望星空时，那条朦胧的银河光带，总是令人敬畏。过去，我们已经通过不同频率的光波，看见了多面的银河系。但现在，位于南极洲的冰立方中微子天文台第一次利用中微子，绘制出了银河系的全新图像。
银河系的四幅图片，前三幅来自射电、可见光和伽马射线，第四幅是银河系的第一张中微子图。（图/IceCube Collaboration）
在新发表于《科学》杂志上的一项研究中，由350多名科学家组成的冰立方国际合作组，为银河系内的高能中微子发射带来了证据。
幽灵粒子
中微子是一种几乎没有质量、难以捕捉的“幽灵粒子”。与光和引力波一样，中微子也是宇宙的“信使”，它们都能为天文学家带来丰富的宇宙信息。
在宇宙中的一些极端环境下，比如大质量黑洞的周围，会产生高能中微子，这些中微子能量要比在恒星内部聚变反应产生的中微子的能量高出数百到数十亿倍。
除了高能中微子之外，这种极端环境还能产生另一种高能粒子——宇宙线。然而，高能宇宙线的起源非常难确定，因为宇宙线是带电的，这意味着它们在太空中的传播路径会被磁场打乱。因此当它们到达地球时，天文学家无从推测它们来自何方。
与宇宙线不同的是，中微子是电中性的，所以它们会以直线的方式不受阻碍地穿越空间和物质。因此，假如我们能够探测到中微子到达地球的路径，就能推测出产生了中微子的地方。
但是，要探测这些中微子并非易事。
位于南极洲的冰立方中微子天文台。（图/IceCube Collaboration）
寻找闪光
冰立方中微子天文台是一台“奇怪”的望远镜。它由埋在南极一立方千米冰层中的5000多个光传感器组成，主要目标就是寻找来自银河系和宇宙最深处的高能中微子的迹象。
每时每刻，都有海量的中微子在穿过地球，但只有极一小部分在穿过地球的途中撞上了某些东西。每当发生这样的中微子相互作用时，都能产生微小的闪光，而这些闪光正是冰立方的传感器所要寻找的信号。通过探测到的光的数量和模式，研究人员就可以确定中微子的方向和能量，进而利用能量和方向来找出中微子的起源。
然而， 要在冰立方的传感器上识别出由中微子相互作用产生的闪光，是件相当具有挑战性的事。冰立方每秒记录约2600个事件，但这些事件大多来自高能宇宙线，它们在撞击地球大气层时，会稳定地产生中微子。在每年观测到的几十万个中微子中，只有几百个来自银河系内或银河系外。
在此之前，冰立方的研究人员已经发现了两个高能中微子源，都来自银河系之外。其中一个源头来自黑洞撕碎伴星，另一个则来自耀变体。这些中微子距离我们非常遥远，但能量比银河系内的任何中微子都要高。图中显示的是耀变体，它会加速质子（p），进而产生π介子，而π介子又会产生中微子（ν）和伽玛射线。图中的蓝色线条代表了中微子的传播路径，穿过了南极洲；而伽玛射线的路径由粉色线条表示。（图/IceCube/NASA）
不过，科学家们可以通过一些技巧，从宇宙线中微子和其他宇宙线噪声中过滤出来自外太空的中微子。他们可以根据能量进行分类，更高能的中微子更有可能来自外太空。另外，他们还可以寻找中微子群，因为来自银河系外的中微子往往倾向于聚集在一个地方。最后，研究人员可以从已被其他望远镜探测到的黑洞等暂现天体物理事件中寻找中微子。
蓝色画面
在新研究中，研究人员通过将10年来探测到的6万多个中微子数据输入到机器学习算法中，构建出了一幅令人惊叹的画面：飘渺、朦胧的蓝色光芒，向我们显示了银河系中的中微子来源。
这张银河画像结合了可见光和中微子（蓝色部分）的辐射。（图/IceCube Collaboration/US National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)）
科学家认为，宇宙线与星际气体和尘埃之间的相互作用，会不可避免的产生伽马射线和中微子；而从这张图像来看，绝大多数中微子都产生于先前检测到了大量伽马射线的区域，这证实了科学家先前的想法。
这样的结果让物理学家们肃然起敬。此时此刻，我们是人类历史上第一批以光以外的方式看到银河系的人。
参考来源：
https://theconversation.com/a-neutrino-portrait-of-our-galaxy-reveals-high-energy-particles-from-within-the-milky-way-208622
https://icecube.wisc.edu/news/press-releases/2023/06/our-galaxy-seen-through-a-new-lens-neutrinos-detected-by-icecube/
https://theconversation.com/icecube-neutrino-detector-in-antarctica-spots-first-high-energy-neutrinos-emitted-in-our-own-milky-way-galaxy-208743
封面图：IceCube Collaboration/Science Communication Lab for CRC 1491
首图：IceCube/NSF Original photo taken by Martin Wolf
