神秘粒子流和宇宙射线击中地球,科学家大呼意外

大家好,欢迎收看本期的无垠世界. 艺术家笔下描绘的一个耀变体。耀变体中心的超大质量黑洞会在垂直于其积吸盘的方向上产生一股高能物质喷流。DESY / Science Communication Lab艺术家根据真实照片重绘的南极冰立方中微子天文台。IceCube / NSF中微子,是一种几乎没有质量的亚原子粒子,它不带电,几乎不与周围环境发生作用。每一秒,就会有几万亿中微子穿越我们的身体,但我们却不会有丝毫感觉。因此中微子又被称为“幽灵粒子”。存在于我们周围的大部分中微子是由太阳产生的。但有一小部分却带有极高的能量,它们来自遥远的宇宙深处。由于中微子幽灵般的特性,一直以来科学家都不知道这部分中微子是从哪里来的。而近日,位于南极的冰立方(IceCube)中微子天文台,会同其他观测手段,发现了一股中微子流的源头。这股神秘的粒子流来自一个遥远的星系。这个星系是一个耀变体(Blazar),亦即一个中心隐藏着快速自旋超大质量黑洞,且会产生高能物质喷流的巨型椭圆星系。这是有史以来人类第一次定位到高能中微子流的源头。不仅如此,由于这样的中微子流击中地球时,通常都会伴随着宇宙射线,亦即是那些带电的高能粒子流,因此,耀变体也应该是产生这些高速宇宙射线中至少一部分的加速器。定位到这个耀变体是多信使天文学的又一成果。冰立方中微子天文台于2017年9月发现了一股高能中微子流,其携带的能量,是地球上当今最强大的粒子加速器——大型强子对撞机产生的质子流的将近50倍。发现这股神秘粒子流后不到一分钟,观测系统自动发出了警报,提醒天文学家进一步寻找定位粒子流来自何处。随后,位于全球各地,包括太空中的近20台望远镜便开始进行联合观测。这些望远镜的观测能力覆盖了所有电磁波谱,从低能射电波,到高能伽马射线。最后发现,这股神秘的中微子流,来自一个此前已知的耀变体。这个活跃的星系名为TXS 0506+056,距离地球大约40亿光年。在回顾了历史数据后,冰立方天文台还发现,此前已经记录到多股来自同一个耀变体的中微子流。综合所有观测结果,天文学家确信,这股高能中微子流,以及伴随着它而来的高能带电粒子流(宇宙射线),就来自这个特殊的星系。去年天文学家曾通过电磁波观测和引力波观测的联手,发现了一对碰撞的中子星。而此次,则是通过中微子观测和电磁波观测的合作,发现了高能中微子流的源头。科学家将相关研究成果以两篇论文的形式,发表在了7月12日的《科学》杂志上。但令人困惑的是,虽然天文学家在宇宙中发现过不少耀变体,此前却从来没有一个会产生高能中微子流。TXS 0506+056有什么特殊之处?又有什么机制,使得这个星系能够把中微子和宇宙射线加速到如此高的速度?都将是未来科学家需要努力去解开的谜。有些活跃星系中心的超大质量黑洞会产生高能物质喷流。如果这些喷流正对着地球,这样的星系也可称为耀变体。NRAO / AUI / NSF参考:https\://doi.org/10.1126/science.aat1378https\://doi.org/10.1126/science.aat2890

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