撞向南极洲的幽灵粒子:被发现来自被黑洞撕裂的一颗恒星

2021年02月26日 13:54 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒CNET报道,2019年10月1日,地球被一颗几乎以光速运动的、看不见的高能宇宙子弹击中。实际上,每秒钟都有数万亿颗这种星系间的子弹穿过地球,但人们却毫不知情,对此人们不必太过担心。但下面这个要介绍的这个特定抛射物却非常特别。

据悉,这个幽灵般的粒子在世界底部跟一个冰分子碰撞后终结了自己。幸运的是,它是在嵌入南极下面的一个极其灵敏的探测器旁边完成的。

这一发现引发了对天体枪手的星系间搜寻。那么究竟是发射了这颗特殊的子弹呢?

一群科学家在周一发表在《(Nature Astronomy》)上的一项新研究中详细描述了南极洲冰立方中微子观测站(IceCube neutrino Observatory)探测到的一种亚原子粒子--即中微子。通过利用来自加州帕洛马天文台兹威基瞬态设备的数据,研究人员得以追溯亚原子子弹的起源,最终他们追溯到了约7亿年前的一个极端事件:一颗恒星被黑洞撕裂时的灾难性毁灭。

这是第一次将这种现象跟中微子探测联系起来。

中微子经常被描述为“鬼粒子”,因为它们不带电荷且质量非常小。就像光一样,它们从目的地以直线传播。其他带电粒子受磁场的支配,但中微子却可以毫无障碍地在宇宙中穿行。它们从太阳核心大量涌出,而在地球上,人类可以通过核反应堆和粒子加速器制造出它们。

2019年4月,兹威基望远镜探测到约7亿光年之外的一个黑洞周围有一道明亮的光芒。当一颗恒星过于靠近黑洞时就会产生这种光晕。据悉,该黑洞的质量约是太阳的3000万倍。黑洞巨大的引力将恒星拉伸,最终被极端的力量撕裂成意大利面状。这种现象被称为潮汐破坏事件(TDE)。

恒星剧烈的终结对天文学家来说是一个辉煌的开始。他们能将TDE跟冰立方探测到的中微子联系起来。研究人员推测,TDE将约一半的破碎恒星抛入太空,而其余的则在黑洞周围形成一个巨大的吸积盘--其由灼热、明亮的尘埃、气体和碎片组成。圆盘上黑洞周围的狂野能量导致大量物质喷射出系统。这些喷射流可以持续数百天,这可以用来解释从观测TDE到在IceCube探测到中微子之间的微小时间差。

天体物理学家认为,这表明存在一种“中央引擎”,它像自然粒子加速器一样运行,它能产生高能中微子,其中一些则可能会与地球相撞。

德国电子同步加速器(DESY)的理论天体物理学家Walter Winter表示:“中微子出现的时间相对较晚,是在恒星盛宴开始半年之后。我们的模型很自然地解释了这种时间。”

Winter和Cecilia Lunardini于周一在同一期《Nature Astronomy》中发表了他们的模型。

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对希望以新方式了解宇宙的天文学家来说发现TDE释放出的中微子是一个突破。此前,科学家们只有一次能追踪到中微子源头的经历。IceCube也发现了。2017年,该天文台的研究人员发现了一种中微子的迹象并提醒天文学家注意这一现象。最终,科学家们通过望远镜追溯到一个遥远的星系,那里有一个“耀变体”--一个巨大的黑洞,它被一个吸积盘包围。

这两项探测都表明,黑洞是星系间枪手,其从深空发射幽灵粒子穿越宇宙。这可以帮助天文学家了解黑洞附近发生的过程,甚至可以开始解决自20世纪60年代以来困扰天体物理学的一个问题:有时会撞击地球大气层的超高能量宇宙射线来自哪里?

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