多信使天文學
多信使天文學是基於針對各種不同的「信使」（messenger）信號的、相互協作的天文觀測和解釋的一種天文學。行星際探測器可以造訪太陽系內的天體，但是如果超出了這個範圍之外，那麼資訊就只能依賴「系外信使」了。四種系外信使包括：電磁輻射、重力波、微中子，以及宇宙射線。它們是由不同的天體物理過程產生的，因此揭示了有關產生這些現象的源頭的不同的資訊。
一般認為，太陽圈（日球層）以外的主要的多信使源主要包括緻密雙星（黑洞和中子星）、超新星、不規則中子星、伽瑪射線暴、活躍星系核、相對論性噴流[1][2][3]。下表列出了幾種不同類型的事件，以及預期的信使。
如果發現了某種信使而沒有同時發現另一種，也會揭示一些資訊[4]。
| 事件類型 | 電磁輻射 | 宇宙射線 | 重力波 | 微中子 | 事件舉例 |
|---|---|---|---|---|---|
| 太陽耀斑 | 有 | 有 | - | - | SOL1942-02-28[5] |
| 超新星 | 有 | - | 預測[6] | 有 | SN1987A |
| 中子星合併 | 有 | - | 有 | 預測[7] | GW170817 |
| 耀變體 | 有 | - | - | 有 | TXS 0506+056 (IceCube) |
| 活躍星系核 | 有 | 可能的 | 有 | M77[8][9] (IceCube) | |
| 潮汐瓦解事件 | 有 | 可能的 | 可能的 | 有 | AT2019dsg[10] (IceCube)
AT2019fdr[11] (IceCube) |
觀測網絡
[編輯]1999年在布魯克黑文國家實驗室建立的、並從2005年開始自動運行的「超新星早期預警系統」（SNEWS），結合了多重微中子探測器來產生超新星告警(參見微中子天文學)。
2013年建立的天體物理學多信使天文台網絡（AMON）[12][13]，是一個更大並更具雄心的項目，目的是為早期觀測的數據分享提供便利，並鼓勵對「亞閾值」事件進行搜尋——這些事件對於任何單個設備來說都不易察覺。該網絡的總部位於賓夕法尼亞州立大學。
里程碑
[編輯]- 20世紀40年代：一些宇宙射線被確定為是在太陽耀斑中形成的。[5]
- 1987年：超新星SN1987A所發射微中子，被神岡NDE-Ⅱ、IMB、巴克桑微中子天文台一同探測到——比光學天文望遠鏡發現該超新星所發出的光要早了好幾個小時。
- 2017年8月： NGC 4993星系發生了一次中子星相撞事件，產生了重力波信號GW170817，這個信號被LIGO/Virgo協作行動觀測到。在1.7秒後，費米伽瑪射線太空望遠鏡和國際伽瑪射線天體物理實驗室（INTEGRAL）發現了伽瑪射線暴GRB 170817A。11小時後，智利的拉斯坎帕納斯天文台發現了光學信號SSS17a，隨後，哈勃太空望遠鏡和暗能量相機也發現了它。尼爾·格雷爾斯雨燕天文台發現了紫外線信號，而錢德拉X射線天文台則發現了X射線信號，卡爾·G甚大天線陣發現了無線電信號，對此次觀測進行了補充。這是首次出現的、與相關電磁信號同時被發現的重力波事件，因此對於多信使天文學來說是一個重大突破。[14]而未觀測到微中子的原因則被歸結為噴發方向極度離軸。[15]在2017年12月9日，天文學家們報告了一個來自GW170817/GRB 170817A/SSS17a方向的亮度增加的X射線發射。[16][17]
- 2017年9月 (2018年7月對外公佈)：在9月22日，冰立方協作組織記錄了一起極高能量（約290太電子伏）微中子事件，命名為「冰立方-170922A」[18][19][20][21]。該組織向合作機構發出預警，尋求可能的來源。費米大面積望遠鏡（LAT）協作組織發現了大約100兆電子伏的伽瑪射線[22]，而神奇伽瑪射線望遠鏡（MAGIC）協作組織則發現了來自耀變體 TXS 0506+056的介於100~400吉電子伏之間的伽瑪射線[23]。兩起事件分別在9月28日和10月4日被上報，並且被認為與微中子信號的位置一致[24]。這些信號可以被解釋為是超高能量的質子在耀變體噴流被加速，產生了中性介子（衰變為伽瑪射線）和帶電介子（衰變為微中子）。[25]這是微中子探測器首次被用於定位天體，並且識別出了一個宇宙射線的源。[24][26][27][28][29]
- 2019年10月（2021年2月宣佈）：10月1日，在IceCube上檢測到高能量微中子，並在可見光，紫外線，X射線和無線電波中發現了潮汐瓦解事件AT2019DSG的來源[10]。
- 2019年11月（2022年6月宣佈）：由IceCube檢測到的第二個高能量微中子與潮汐瓦解事件AT2019FDR相關[30]。
- 2023年6月：天文學家使用新的級聯微中子技術[31]首次檢測微中子從銀河系的銀河平面釋放，創建了第一個基於微中子的銀河系地圖[32][33]。
參考文獻
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