科學家發現了超高能中微子的來源

終於，科學家們找到了來自銀河系外的高能宇宙中微子的誕生之所。

這些神秘的中微子，被媒體稱之為「幽靈粒子」，經歷了40億光年的旅程才到達地球。去年9月，科學家確定它們來自一種精力極其充沛的天體——耀變體blazar。

這是一個驚人的發現，不僅證實了存在作為高能中微子來源的耀變體高能噴發現象，而且還開創了一個嶄新的研究領域：多信使中微子天體物理學——使用不同類型的探測器彙集數據來研究同一現象。

同樣的技術之前也被用於描繪中子星碰撞這一令人難以置信的研究項目中。

自2012年位於南極冰層下的中微子探測器「冰立方(IceCube)」首次檢測到超高能中微子以來，它始終一個棘手的難題。

IceCube，美國國家科學基金會(NSF)

亞原子粒子都很古怪，但中微子則是另類中的另類。

它們的質量幾乎為零，以接近光速行進，並且不與正常物質相互作用；對於中微子來說，宇宙中的一切就像是一層幻象，可以被輕易穿透。

此時此刻，數十億的中微子穿過了你的身體，卻對你毫無影響。這就是為什麼叫它們「幽靈粒子」。

然而，這並不意味著它們完全無法與正常物質相互作用。幸虧如此，IceCube才能檢測到它們。中微子可以與冰相互作用併產生閃光。

IceCube探測器埋藏在冰層之下，在黑暗中可以探測到這些光子。

到目前為止，IceCube已經發現了好幾個卓爾不群的中微子。它們比正常的中微子更有活力。

1987年，科學家從銀河系銀暈(sn1987a)超新星中發現的中微子的能量達到36兆電子伏特。 2012年，IceCube發現的超高能中微子的能量是這一數值的1億倍。

去年9月發現的中微子的能量略低於3000萬億電子伏特，但仍然遠遠超過周圍別的粒子。並且，因為我們沒有在其餘的位置找到高能中微子的痕迹，這意味著它們是以直線行進到地球的。

所以，全世界數百名科學家組成的團隊往上追溯就找到了這種亞原子粒子的起點。

他們追溯到40億光年遠的地方，一處被稱為TXS 0506 + 056的天體，就在獵戶座的肩膀上——這一發現意味著與之相關的主要由質子和原子核構成的高能宇宙射線，也來自此處。

耀變體是一種類星體，是星系中央的巨大黑洞吸積大量物質而產生的劇烈天文現象。黑洞將吸收物質的引力能，或者自身的角動量，並轉化成恐怖的相對論噴流。如果噴流指向地球，那對我們來說，天空中就出現了一個耀變體。

巧地是，TXS 0506 + 056所在平面與銀河平面相對傾斜，所以從黑洞的極區射出的一條噴流正好指向地球的方向。

已知宇宙深處有數千種高能量天體，但它們成為高能中微子來源的可能性相對較低。

當2017年進行實時檢測時，科學家們要時刻保持高度警惕。需要與NASA的軌道費米伽馬太空望遠鏡和加那利群島的大氣伽馬成像切倫科夫望遠鏡(MAGIC)建立良好的聯動——要求他們同時觀測對應天體的活動。

他們確實檢測到了源自TXS 0506 + 056的高能伽馬射線活動。

所有大量的工作合在一起，表明耀變體是超高能量中微子和宇宙射線的第一種已知的加速器。

具體內容，詳見13日出版的Science。該刊物將其選做封面文章。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

據中科院介紹，最早規劃IceCube的Francis Halzen是一名理論物理學家，缺少必要的實驗常識。沒有考慮到冰層中存在大量的氣泡會造成光子的散射，因而無法確定中微子的方向。幸運的是，建好之後，實驗物理學家發現，南極冰層下的冰極度緻密，完全沒有氣泡……現在，Halzen已被看作是未來諾貝爾物理學獎得主的有力競爭者。

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