“中微子工厂”可能把持宇宙射线秘密的解

By Robert Lea 

2022/7/30

Science & Astronomy

新的研究提出来自太空深处轰击地球的高能粒子可能源自于耀斑星。

一位艺术家的一个耀斑星加速中微子和宇宙射线到惊人速度描画。在积盘中心的超大质量黑洞将一个垂直于盘的狭窄高能物质射流送入太空。 (Image credit: DESY, Science Communication Lab)

新的研究已经揭示来自深空轰击地球的高能中微子和宇宙射线起源于潜伏在星系中心的活动星系核（AGN）并被超大质量黑洞提供动力的耀斑星。

研究人员知道宇宙射线是来自深空以高达1020电子伏特的能量连续撞击地球的带电粒子------比大型强子对撞机（LHC）产生的能量更高一百万倍。然而，是什么能以如此大的力量发射这些粒子让它们旅行数十亿光年已经仍然是一个秘密。

这是因为宇宙射线由带电粒子组成，这意味着随它们从它们的源旅行到地球数十亿光年，它们被星系的磁场反复的偏转，使它们的源不可能来发现。

 一组天体物理学家相信，发射宇宙射线的一些过程和事件也爆炸出天体物理中微子，而这些“幽灵一样”粒子可被用于来解决这一难题的“信使”。

团队成员和居留斯马克西米利安大学（JMU）维尔茨堡天体物理学教授萨拉步森在一份声明中说，“天体物理中微子被特别擦声在涉及宇宙射线加速的过程中”。

中微子是没有电荷和质量非常小的粒子，它们与物质的相互作用如此微弱以至于它们几乎没有痕迹的穿过星系、行星甚至人体。因为它们没有电荷，中微子不会像宇宙射线做的那样体验同样的偏转，这意味着它们的来源能被更准确的定下。

2017年，检测到一个可以被追溯回到耀斑星TXS 0506 + 056（blazar TXS 0506 + 056）的中微子信号。因此，布森提出了耀斑星------比它们周围星系的整个恒星群发射更多的辐射------对爆炸出高能中微子负责。

这张由美国宇航局的宽视场红外巡天探测器（WISE）拍摄的图像显示一个耀斑星------一个幸好恰好有一个指向地球的喷流的星系内的贪婪的超大质量黑洞。.  (Image credit: NASA/JPL-Caltech/Kavli)

2021年，她和她的团队开始用一个多信使天文学项目来巩固这种联系，该项目将“传统”天文学与中微子观测混合。这些新结果被用来自冰立方中微子天文台的数据取得------从来创造的最敏感的中微子探测器------位于南极洲南极冰层深处。

该团队使用这些数据来证实耀斑星的位置往往与天体物理中微子的方向对应足够到这种关联不能仅仅归结为偶然性，这为天体物理中微子和耀斑星之间的联系提供第一个确凿的证据。

日内瓦大学天文学系的团队成员兼科学家安德里亚特拉马瑟尔说，“在多次掷骰子后，我们发现了随机关联只能在一百万次试验中超过那个真实数据一次，这是我们的关联是正确的强证据”。

由于这些中微子被在宇宙射线被加速和发射的地方产生，这表明耀斑星也对加速宇宙射线负责的。这可能是一个在耀斑星中心的超大质量黑洞在它被喂了之前怎样“吃起”周围的像气体和尘埃一样物质或被吸积到它们的表面的结果。

旋转的黑洞拖曳与它一道的空时织造，这种效应叫框架拖曳或蓝瑟西灵（Lenss-Thirring）进动，确保它们周围的物质不能静止呆着，这使粒子的加速更容易。

特拉马瑟尔解释说，“吸积过程和黑洞的旋转导致相对论性喷流的形成，其中粒子被加速并发射高达可见光能量一千亿倍的辐射，”。“这些天体与宇宙射线之间联系的发现可能是高能天体物理学的'罗塞塔石'。

按照特拉马瑟尔，这项研究的下一步是来调查发射中微子的耀斑星类型和那些不发射中微子的耀斑星之间的差异。

日内瓦大学科学家说，“这将帮助我们了解环境和加速器彼此'交谈'到的程度，然后，我们将能够排除一些模型，改进其他模型的预测能力，最后，为宇宙射线加速的永恒拼图添加更多部分”。

该团队的研究结果发表在期刊Astrophysical Journal Letters. 上