二度捕捉宇宙高能微中子起源地!來自黑洞撕碎恆星的破壞事件

作者 | 發布日期 2021 年 02 月 23 日 17:59 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


宇宙中最神秘的高能微中子一直讓科學家苦於收集不到起源證據,直到現在,科學家首次證明了高能微中子來自黑洞撕碎恆星的過程。

如果你是一顆倒楣路過黑洞旁邊的恆星,這個無形宇宙野獸會以讓你厭惡的過程將你撕成碎片,這個過程稱為潮汐破壞事件(Tidal disruption event,TDE)或麵條化(Spaghettification),已故物理學家史蒂芬·霍金曾描述,任何物體在進入黑洞的史瓦西半徑後,便會因黑洞引力的影響而變得如義大利麵般細長。

而科學家相信,這類事件能在黑洞噴出速度接近光速的粒子流中產生高能微中子——一種質量小到接近零、但數量遠遠超過宇宙中其他任何粒子的次原子粒子,能量更比地球上最強大粒子對撞機產生的能量高 1,000 倍,據估計,地球面向太陽的區域每秒鐘每平方公分都會穿過約 650 億個來自太陽的微中子。

它們更可能是目前唯一已探測到的暗物質,但因很少與其他物質發生相互作用,幾乎無法檢測,科學家每年也僅檢測到約 12 個微中子。對,個位數,所以要追蹤到微中子起源,最重要的可能不是技術而是運氣。

2018 年時,科學家才宣布第一個確認起源的高能微中子,來自稱為耀變體(blazar)的活躍星系。

2019 年 10 月 1 日,由德國電子加速器科學家 Robert Stein 領導的團隊,利用位於南極冰層下方的冰立方微中子觀測站(IceCube)檢測到命名為 IC191001A 的高能微中子,並沿其軌跡回溯到天空某個位置;約 7 小時後,史維基瞬變探測器(Zwicky Transient Facility,ZTF)從相同天空區域檢測到 AT2019dsg 潮汐破壞事件,來自距離約 7 億光年的 2MASX J20570298 + 1412165 星系,位於中心的超大質量黑洞將一顆恆星撕成碎片,當研究人員聽到兩者區域疊合時,都不禁發出了讚嘆聲。

畢竟微中子已經這麼難收集了,就連潮汐破壞事件都是相當罕見的現象,迄今為止我們也只找到約 100 個,要從 AT2019dsg 事件發現微中子的巧合機率僅 1/500。這是科學家第一次將微中子的產生與潮汐破壞事件觀測證據聯繫起來,也可能是第二次找到微中子遙遠的出生地。

研究指出,潮汐破壞事件可以在 3 個特定區域產生微中子:與紫外線碰撞產生的外盤、與 X 射線碰撞產生的內盤,以及黑洞粒子流與其他粒子碰撞形成的孔。而在 AT2019dsg 事件中,研究人員認為微中子源自與紫外線碰撞的粒子,因為檢測到的粒子能量比粒子對撞機所能達到的能量大 10 倍以上。

不過研究團隊也有保留空間,IceCube 的定位可能不夠精確,1/500 的巧合也還無法撼動科學界,對他們來說,至少要百萬分之一巧合才能宣稱是發現。

黑洞粒子流就是天然的加速器,有各種類型的粒子從中產生,但是除了微中子與光子之外,其他粒子通常帶電,因此在行進過程中會被磁場偏轉,只有電中性的微中子才能像光一樣,從源頭筆直朝著地球直線傳播,是諸如黑洞系統或其他罕見事件的珍貴信使。

新論文發表在《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊。

(首圖來源:德國電子加速器

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