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我院博士研究生季顺昊和导师王仲翔研究员发现可能的首例银河系内高能中微子天体源

发布时间:2025-09-05


在当今多信使天文时代,高能中微子天文研究是极具代表性的一个研究方面,它揭示的是宇宙中宇宙线的起源。近年来该方面的研究发展主要归功于“冰立方(IceCube)南极中微子观测站”的探测结果。基于IceCube的中微子数据,科学家们已经发现了来自耀变体喷流、活动星系核核区、潮汐撕裂事件以及银河系的高能中微子信号。其中,前三类都是银河系外的天体源。对于我们所在的银河系,IceCube探测到的是弥散的中微子辐射,可以来自整个银河系,但是其中部分高能中微子也有可能是银河系内的个体天体源所产生的。

脉冲星风云是高速旋转的中子星(或脉冲星)的星风与周围物质相互作用形成的一个大气泡。脉冲星风云在理论上已经被广泛讨论为可能的中微子天体源。其产生中微子的条件是需要能加速质子到很高的能量,可能的加速手段有通过脉冲星磁层、脉冲星风以及终止激波等。然后这些被加速的高能质子主要通过质子-质子碰撞(也称为pp过程)来产生高能中微子:pp过程会产生带电的π介子,这些带电的π介子会迅速衰变产生中微子。可是,在观测上过去一直没有搜寻到来自脉冲星风云的高能中微子信号。因此,脉冲星风云是否是中微子天体源是一个具有争议和待解决的问题。

结合以前的研究,季顺昊和导师王仲翔提出了一个新的想法:周围存在分子云的脉冲星风云也许更有可能产生高能中微子。具体来说就是被脉冲星风云加速的高能质子需要足够多的“靶子”来碰撞,才更可能产生我们可以探测到的高能中微子信号,而周围的分子云则提供了充足的“靶子”。基于这个想法,他们主要集中在与分子云相关的脉冲星风云样本上,然后利用IceCube发布的约10年的中微子数据,对样本里的脉冲星风云进行了中微子信号搜寻。他们成功在一个名为G63.7+1.1的脉冲星风云位置上发现了显著的中微子辐射(见图1),显著性约3.2s

该发现是国际上首例对银河系内天体发射高能中微子的探测。结果表明脉冲星风云可能是有效的质子宇宙线加速器,这对我们研究宇宙线起源,银河系中微子起源以及中微子产生机制都有着重要的揭示作用。

   

图1:左图是分析IceCube数据得到的中微子辐射的显著性天图,TS值越大表明探测越显著。红色圆圈是G63.7+1.1的位置,白色虚线是中微子辐射的位置误差范围,绿色的线是周围分子云的分布情况,橙色和青色圆圈是附近的两个TeV伽马射线源。右图是中微子和伽马射线能谱。灰色区域是G63.7+1.1的中微子能谱误差范围,橙色和红色区域是两个TeV源的伽马射线能谱误差范围。


该研究成果已经在国际著名天体物理期刊The Astrophysical Journal上发表。论文连接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adf4e0该工作第一作者是博士研究生季顺昊,通讯作者是王仲翔研究员,其他合作者有博士研究生郑冬和郑金涛。工作得到国家自然科学基金的支持。