科學突破，科學家確認了宇宙中的高能中微子的來源
科學家們長期以來一直對來自太空的高能粒子的來源感到困惑，這些粒子以超過世界上最先進的粒子加速器的能量撞擊地球。現在，物理學家已經確定了一種名為中微子的高能輕量級粒子的來源。科學家在7月12日在「科學」雜誌上報道，這位星際旅行者來自一種名為「獵戶座」方向的明亮星系。
「這是一個超級令人興奮的消息。」芝加哥大學的天體物理學家安吉拉·奧爾托(Angela Olinto)說，「它標誌著我們所謂的中微子天文學的開始。」中微子天文學利用幾乎無質量的粒子來揭示宇宙奇觀的秘密，比如耀斑。雖然高能中微子可能有更多的宇宙來源，但探測表明至少有一些來自於耀斑的。
這一結果還表明，耀斑會發射其他被稱為宇宙射線的高能粒子，這些粒子是與中微子同時產生的。高能宇宙射線的起源目前還知之甚少，到目前為止，「還沒有人能夠找出產生宇宙射線的來源。」威斯康星大學麥迪遜分校的天體物理學家弗朗西斯.霍爾森說，他是探測到這種粒子的南極中微子天文台「冰立方(IceCube)」的領頭人。
由於這一發現，「我們將更好地了解宇宙巨大加速器的性質。」國家科學基金會(National Science Foundation)主任弗朗斯·科多瓦（France Córdova ）7月12日在弗吉尼亞州亞歷山大市的新聞發布會上說，「科學家無法在地球上產生如此高能量的粒子，所以我們必須求助於天空，以加深我們對最高能量過程的理解。」
冰立方(IceCube)是在一立方公里的冰蓋內建造的，它使用數千個嵌入式感測器來測量中微子撞擊冰時產生的光。2017年9月22日，冰立方探測到一個能量近300萬億電子伏的中微子。相比之下，日內瓦大型強子對撞機中的質子達到了6.5萬億電子伏的能量。
通過向後追蹤中微子的軌跡，科學家們瞄準了獵戶座方向的一個天空區域。天文學家們立即行動起來，世界各地的望遠鏡都在尋找能揭示粒子來源的光線。費米伽馬射線空間望遠鏡探測到了一束伽馬射線，這是一種高能光，來自一個名為TXS 0506+056的耀斑星系，這個明亮的星系由一個巨大的黑洞驅動，這個黑洞向地球方向發射一股高能粒子。各種望遠鏡在其他類型的光線中觀察到了耀斑，包括X射線和無線電波。
費米研究員雷吉娜·卡普托（Regina Caputo）在2017年8月觀察到2017年8月觀測到的撞擊中子星的引力波和光之後，認為：「這太瘋狂了，天空正在爆發。我幾乎無法相信，宇宙正以我們以前從未想像過的方式展現自己。」
具有明確定義的入射方向的高能中微子的探測是罕見的，冰立方在發現這個中微子之前的一年半內只向天文學家發送了10份這樣的探測報告。這是研究人員第一次幸運地發現了光源。
沒有參與這項研究的杜克大學中微子物理學家凱特·斯科爾伯格（Kate Scholberg）說：「這就是冰立方建立的目的，試圖從這些奇異的來源中看到高能中微子。」
高能中微子被追蹤到銀河系之外的一個源頭，即獵戶座星座中的一個星系（藍色位置）。
此前，科學家們已經確定了能量低得多的中微子的發源地：爆炸恆星和太陽。但是高能中微子卻更加難以捉摸。雖然先前有跡象表明高能中微子與耀斑有關，但新的探測使耀斑與高能中微子之間首次有了堅實的聯繫。
在揭開中微子的來源之後，冰立方的研究人員回到了他們的數據中，尋找更多的中微子，這些中微子可能來自於耀斑。研究人員在7月13日的「科學」雜誌上發表的第二篇論文中報告說，從2014年9月開始的七個多月里，冰立方看到了一個中微子耀斑，這是來自附近的高能中微子的過剩。
對於耀斑，人們仍然知之甚少，包括它們噴射出的粒子的種類。因為高能中微子只能與質子結合產生，所以探測發現，耀斑也是宇宙射線的來源，宇宙射線由質子和原子核組成。
在地球上已經探測到了超高能的宇宙射線，這是一個謎，宇宙引擎可以把粒子加速到極端。美國宇航局哥達德的天體物理學家弗洛伊德·斯泰克（Floyd Stecker）說：「這可能是他們起源的線索。」但他認為目前尚不清楚，耀斑是否能將質子加速到所觀察到的最高能量。
冰立方實驗中使用嵌入在冰中的感測器來檢測中微子與冰相互作用時發出的光。
已知最高能量的宇宙射線來自銀河系之外。但總的來說，宇宙射線幾乎沒有留下它們的出生地的線索：當宇宙射線穿過太空時，它們的軌道會被磁場扭曲，因此不能可靠地指向它們的來源。
另一方面，中微子是電中性的，這意味著它們不受磁場的影響，從起源到地球的直線運動。奧爾托說，由於高能宇宙射線和中微子是同時產生的，這些粒子也能幫助科學家理解宇宙射線。「中微子給了我們一條穿越迷霧的路。」
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