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RSS/FEED订阅【图片】中微子与宇宙源头相连
【明德网李文涵编译】高能中微子已经被追溯到一个被称为 “布拉扎 “的燃烧的超大质量黑洞。这种长期寻找中打开了研究宇宙的全新方式的大门。
一位来自银河系以外的罕见客人 迎来了天文学的新时代。访客，一个超高能量的宇宙中微子，在南极下面一英里处撞上了冰块，冰立方实验的探测器正等着捕捉它。在迅速追踪它来的方向后，物理学家们很幸运：另一台望远镜，这台绕地球运行的望远镜，发现了来自同一方向的极高能辐射流。
双子事件可能是一个宇宙巧合。但当物理学家们查看他们的档案数据时，他们发现了其他几个中微子，似乎来自同一个方向。这个支持性的证据让他们相信，他们已经实现了宇宙第一：追溯超高能中微子的天体物理源。
那个源头似乎是一个超大质量的黑洞 在一个遥远星系的中心。每当黑洞吞噬一颗恒星时，它就会喷出一股非常高能的辐射，以激光状的形式喷射出来。天文学家说它是 “耀斑”。他们称这些燃烧的黑洞为 “耀斑”，并认为高能中微子是辐射的副产品。
在《科学》杂志上发表的两篇系列论文中描述的这一发现，不仅解决了天文学中关于高能中微子起源的长期争论。这一发现也是一种被称为多信使天文学的新科学方法的第二个例子（继去年观测到中子星碰撞之后），在这种方法中，天文学家既使用光，也使用另一种宇宙信使（在这种情况下是中微子，在另一种情况下是引力波）来揭示一个天体物理事件的细节。”这就像获得了一种全新的观察宇宙的方式，”美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家Roopesh Ojha说。
全球警报
当中微子到达时，IceCube实验的领导者Albrecht Karle正在麦迪逊威斯康星大学的办公室里，为南极之旅做准备。IceCube每年探测到超过5万个中微子候选者，但其中只有大约10个中微子的能量非常高，表明它们来自银河系外。当探测器发现一个候选高能中微子时，在几分钟内就会向团队成员和世界各地的观测站发出警报。
卡勒电脑上弹出的警报说，这个被称为IceCube-170922A的候选中微子携带了约300太电子伏特的能量，是日内瓦附近大型强子对撞机产生的质子能量的40多倍。”我通常不容易兴奋，我通常不容易兴奋，但是这个气味闻起来不错”卡勒对柏林洪堡大学的天体粒子物理学家艾丽莎·贝纳迪尼Elisa Bernardini）说。
进入费米。当IceCube发现中微子时，天基费米大面积望远镜正好扫描了它出现的天空区域。它还记录到了异常强烈的伽马辐射耀斑。Ojha与费米望远镜一起工作，当IceCube的警报落入他的邮箱时，他 “直接就知道那是有趣的东西”。果然，他找到了匹配的对象。在猎户座Bellatrix西边一点的地方 住着一颗被称为TXS 0506+056的耀斑星。
接下来，Ojha检查了一份射电源目录，而一位同事则检查了光学源。他们发现伽马射线、无线电波和光波的激增 来自于耀斑星。这就是耀斑。
所有的耀斑星都是 “固有的可变天体”，Ojha说，但在之前的三个月里，这颗耀斑星已经从某一目录中最亮的第51位进入了前五位。除了Fermi，另一台天基伽马射线望远镜Swift也看到了这颗耀斑。
在加那利群岛，在地面伽马射线望远镜Magic上，人们也越来越兴奋。经过几个晚上的恶劣天气后，耀斑开始聚焦–望远镜记录到能量超过400千兆电子伏特的伽马射线。美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家萨拉-布森（Sara Buson）说：”在 “一系列令人兴奋的、狂热的电子邮件交流中，辐射的激增得到了几台仪器的证实。”。
就像中子星合并的情况一样，全世界的天文学家都跃跃欲试。在IceCube最初发出警报后的几天和几周内，越来越多的仪器转向了blazar。最终，共有18个天文台会在中微子被认为来自的地方，准确记录下各种波长的辐射。
中微子揭示了什么
中微子虽然难以探测，但与光的观测相比，却有一个关键的优势。宇宙对于高于一定能量的电磁辐射来说是不透明的 The universe is essentially opaque to electromagnetic radiation above a certain energy. 另一方面，高能中微子在宇宙中畅通无阻。当它们被捕捉到时，无论它们要走多远，它们所携带的原始信息都保持完整。科学家希望，有了足够多的中微子，他们就能像我们对待电磁辐射一样，对它们的来源–包括宇宙中能量最高的事件–进行成像。
科学家认为，这一发现是解决一系列物理学难题的关键一步，比如超高能宇宙射线的起源。这些由质子或更重的原子核组成的粒子，从太空中降到地球上，据信它们的诞生过程与中微子相同。研究人员认为，它们可能来自两颗中子星的合并，或者它们可能是由磁星–快速旋转的中子星产生的，它们会产生强磁场。这一发现还可以帮助确定中微子的精确质量，发现其他预测的中微子类型，如无菌中微子，甚至可能探测到暗物质。
要做到这一点，天文学家必须找到更多的中微子，更高的能量，并迅速将它们与天空中的源头联系起来。即使是这个中微子，能量再高，也无法与冰立方发现的能量最高的中微子相比，其中有三个中微子的能量在小电子伏特范围内，也就是太电子伏特的1000倍。
这些中微子，以芝麻街为灵感的名字Ernie、Bert和Big Bird，还没有被明确地追溯到它们的来源（尽管有一种说法认为Big Bird可能起源于燃烧的耀斑星PKS B1424-418）。这些中微子的构成是造成不确定性的部分原因，因为它们都来自电子中微子家族。这类中微子在IceCube探测器中产生级联粒子，它们像一个宽大的冰淇淋锥体一样辐射出去。这使得估计中微子的能量相对容易，但追踪其方向却很难。而μ子中微子则会产生长长的、笔直的粒子级联，这使得它们有一个精确的方向和不确定的能量。去年9月观测到的中微子就是一个μ子中微子）。
卡勒说，在过去的几年里，IceCube探测到的中微子能量水平可能比芝麻街三人组还要高，不过部分数据还在分析中。IceCube的科学家们已经分析了2010年和2011年探测到Ernie和Bert的原始数据集之外的另外4年数据。到目前为止，他们总共发现了54个额外的高能中微子事件。”这是一个伟大的时代，”Ojha说。 原文发表在英文版《Quanta》杂志上。
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