幽灵粒子现身南极学术资讯

来源：中国科学院

位于南极的冰立方图片来源：MARTIN WOLF/《科学》

　　如果天文学家是对的，那么去年9月22日，点亮南极冰下仪器的幽灵粒子就是来自遥远星系的信使。这个粒子是一个中微子，几乎没有质量，这意味着其路径可以追溯到创造它的外星系事件。近日，研究人员表示，“冰立方天文台”捕捉到的高能中微子来自一种耀变体，即中央存在快速旋转的大型黑洞的一个巨大椭圆星系。

　　长期以来，天文学家一直被利用中微子了解剧烈宇宙事件的前景所困扰。这些中微子以接近光速运动，很少与其他物质发生相互作用。近日发表在《科学》杂志上的这一新发现，可能标志着中微子天文学的诞生。

　　这一发现还为另一种新趋势——多信使天文学的发展提供了强有力的支持。中微子是帮助认识宇宙的又一个信使。

　　长期以来，天文学家主要利用Ｘ射线、可见光、无线电波等电磁波研究天文现象。2016年，科学家宣布第一次直接探测到引力波的存在，开启了观测宇宙的一个新窗口。这种综合使用电磁波和引力波等多种探测手段的研究被称为多信使天文学。

　　“多信使天文学的时代到来了。”美国国家科学基金会主任France Cordova在一份声明中说，“每个信使都将让我们更全面地认识宇宙，并为天空中最强大的天体和最剧烈的事件提供重要的新见解。”

　　而产生中微子的耀变体也可以帮助解决几十年的一个天文学之谜：那些偶尔轰击地球的高能量质子和其他原子核从何而来？这些粒子被称为超高能宇宙射线，其能量是地球上粒子加速器所产生能量的百万倍，但它们具有如此巨大能量的原因尚不得而知。

　　科学家怀疑的源头包括中子星、伽马射线爆发、超新星以及一些星系中心的黑洞，但无论其来源是什么，高能中微子都是潜在的副产品。如果冰立方团队是正确的，那么耀变体可能是第一个被确认的宇宙射线源。

　　不过，研究人员也注意到，中微子和耀变体之间的联系并非坚如磐石。美国犹他大学的Pierre Sokolsky说：“这是一个诱人的观察结果，我非常希望它能被证实。”以色列魏茨曼科学研究所的Eli Waxman说：“如果对这些观察的解释是正确的，那将是革命性的、非同寻常的。”但他补充说，一个非凡的结果需要非凡的支撑，但目前的证据似乎并不完美。

　　地球上绝大多数中微子由太阳与地球大气产生，极少一部分来自太阳系之外。2013年，冰立方团队首次捕捉到源自太阳系外的高能中微子，但并未追踪到其来源。

　　2016年9月，好运降临冰立方团队。这个被探测到的中微子被称为冰立方170922A，科学家计算出其能量为290TeV，而且它提供了一个相对清晰的追踪轨道。

　　但一些天文台最初没有发现任何异常现象。随后，该团队报告说，卫星发现一种名为TXS 0506+056的耀变体，与冰立方所建议的中微子轨道仅差0.1°，它特别明亮，并在几个月前就开始燃烧。很快，全球有超过12个望远镜开始研究这个耀变体。

　　冰立方团队和其他观测者估计，中微子可能的路径和该耀变体碰巧在一起的概率约是1/740。物理学家和天文学家通常将可能概率少于350万分之一或5西格玛的现象归于偶然事件。

　　研究人员认为，应当大幅增加冰立方的尺寸，这能增加其探测到的中微子数量，并提高指向精度。“如果有一个10倍大的探测器，那么高能量中子的来源将是清晰而明显的。”Waxman说。

　　中微子又称“幽灵粒子”，是自然界中广泛存在的一种亚原子粒子，质量极小。由于中微子能自由穿过人体、行星和宇宙空间，难以捕捉和探测，科学家也将它称为宇宙中的“隐身人”。1987年，日本与美国研究人员捕捉到源自16.5万光年外一颗超新星爆发的24个低能中微子。

来源：中国科学院

原文链接：http://www.cas.cn/kj/201807/t20180716_4658254.shtml

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