二度捕捉宇宙高能微中子起源地!来自黑洞撕碎恒星的破坏事件

宇宙中最神秘的高能微中子一直让科学家苦于收集不到起源证据,直到现在,科学家首次证明了高能微中子来自黑洞撕碎恒星的过程。

如果你是一颗倒霉路过黑洞旁边的恒星,这个无形宇宙野兽会以让你厌恶的过程将你撕成碎片,这个过程称为潮汐破坏事件(Tidal disruption event,TDE)或面条化(Spaghettification),已故物理学家史蒂芬·霍金曾描述,任何物体在进入黑洞的史瓦西半径后,便会因黑洞引力的影响而变得如意大利面般细长。

而科学家相信,这类事件能在黑洞喷出速度接近光速的粒子流中产生高能微中子——一种质量小到接近零、但数量远远超过宇宙中其他任何粒子的次原子粒子,能量更比地球上最强大粒子对撞机产生的能量高1,000倍,据估计,地球面向太阳的区域每秒钟每平方厘米都会穿过约650亿个来自太阳的微中子。

它们更可能是目前唯一已探测到的暗物质,但因很少与其他物质发生相互作用,几乎无法检测,科学家每年也仅检测到约12个微中子。对,个位数,所以要关注到微中子起源,最重要的可能不是技术而是运气。

2018年时,科学家才宣布第一个确认起源的高能微中子,来自称为耀变体(blazar)的活跃星系。

2019年10月1日,由德国电子加速器科学家Robert Stein领导的团队,利用位于南极冰层下方的冰立方微中子观测站(IceCube)检测到命名为IC191001A的高能微中子,并沿其轨迹回溯到天空某个位置;约7小时后,史维基瞬变探测器(Zwicky Transient Facility,ZTF)从相同天空区域检测到AT2019dsg潮汐破坏事件,来自距离约7亿光年的2MASX J20570298 1412165星系,位于中心的超大质量黑洞将一颗恒星撕成碎片,当研究人员听到两者区域叠合时,都不禁发出了赞叹声。

毕竟微中子已经这么难收集了,就连潮汐破坏事件都是相当罕见的现象,迄今为止我们也只找到约100个,要从AT2019dsg事件发现微中子的巧合几率仅1/500。这是科学家第一次将微中子的产生与潮汐破坏事件观测证据联系起来,也可能是第二次找到微中子遥远的出生地。

研究指出,潮汐破坏事件可以在3个特定区域产生微中子:与紫外线碰撞产生的外盘、与X射线碰撞产生的内盘,以及黑洞粒子流与其他粒子碰撞形成的孔。而在AT2019dsg事件中,研究人员认为微中子源自与紫外线碰撞的粒子,因为检测到的粒子能量比粒子对撞机所能达到的能量大10倍以上。

不过研究团队也有保留空间,IceCube的定位可能不够精确,1/500的巧合也还无法撼动科学界,对他们来说,至少要百万分之一巧合才能宣称是发现。

黑洞粒子流就是天然的加速器,有各种类型的粒子从中产生,但是除了微中子与光子之外,其他粒子通常带电,因此在行进过程中会被磁场偏转,只有电中性的微中子才能像光一样,从源头笔直朝着地球直线传播,是诸如黑洞系统或其他罕见事件的珍贵信使。

新论文发布在《自然天文学》(Nature Astronomy)期刊。

(首图来源:德国电子加速器)