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我们第一次检测到来自被黑洞撕裂恒星的幽灵粒子

一颗恒星在离黑洞太近的地方冒险时完全四分五裂,这给了科学一个难得的礼物。科学家首次发现了一种高能中微子,这种中微子在其中一次暴力事件中被抛向太空。

我们第一次检测到来自被黑洞撕裂恒星的幽灵粒子

微小的粒子不仅使我们更接近找出宇宙中最有能量的粒子确切的原生位置。它表明黑洞潮汐破坏事件可以产生强大的天然粒子加速器。

“宇宙高能中微子的起源是未知的,主要是因为它们很难固定下来。”荷兰莱顿大学的天体物理学家舍特·范·韦尔岑(Sjoert van Velzen)说,“这一结果将是高能中微子第二次被追溯到其来源。”

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通过黑洞捕捉恒星的死亡是相当罕见的,但我们已经看到它足够的时间,大致知道这个过程是如何发生的。一颗冒险的恒星离黑洞足够近,它被后一个物体的引力所困扰。黑洞的巨大潮汐力——它的引力场的产物——先是一拉伸,然后用力拉扯恒星,使其四分五裂。

潮汐破坏事件(TDE)释放出耀眼的耀斑,当分解的恒星产生的一半碎片绕黑洞旋转时,发出明亮的光芒,在将其无情地拉出事件视线之前产生巨大的热量,而另一半碎片被扔进太空。

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就是在2019年4月9日在地球上观察到的那种耀斑和辉光。

名为AT2019dsg的事件是由一个超大质量黑洞发出的,其质量是太阳质量的3,000万倍(我们银河系的超大质量黑洞的质量为400万个太阳质量),距离为7.5亿光年。它在光学和X射线光谱中耀眼地爆发,后来在无线电光谱中被检测到。

不到六个月后,即2019年10月1日,在南极洲的IceCube中微子探测器上又进行了一次探测:这是迄今发现的最高能量中微子之一,它被命名为IC191001A。

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“它以100兆太伏特的惊人能量砸入了南极冰中。”德意志电子同步加速器(DESY)和德国波鸿大学的天文学家安娜·弗兰科维阿克(Anna Franckowiak)说,“相比之下,这至少是世界上最强大的粒子加速器——位于日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室CERN的大型强子对撞机所能达到的最大粒子能量的十倍。”

它来自AT2019dsg的方向。

中微子是很迷人的东西,它们的质量几乎为零,它们以接近光速的速度运动,并且实际上与正常物质没有相互作用。对于一个中微子来说,宇宙几乎是虚无的。实际上,数十亿个中微子正在从您身边飞过。这就是为什么它们被昵称为“幽灵粒子”的原因。

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但是,这并不意味着它们无法与物质进行交互,而这正是IceCube检测到它们的方式。中微子可以时不时地与冰相互作用并产生闪光。随着探测器深入到南极冰层的黑暗中,这些闪光非常突出。

根据诸如光的传播方式以及光的亮度等特征,科学家们可以算出中微子的能量,以及光从何而来的方向。此前,科学家将银河系外的高能中微子追溯到距离地球40亿光年的耀变体星系。

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当科学家分析IC191001A时,他们发现与AT 2019dsg不相关的可能性只有0.2%。

“这是第一个与潮汐破坏事件有关的中微子,它为我们带来了宝贵的证据,” 德意志电子同步加速器(DESY)的天文学家罗伯特·斯坦因说,“潮汐破坏事件尚不为人所知。对中微子的探测表明,在吸积盘附近存在一个中央强大的引擎,会喷出快速粒子。而且,对来自无线电,光学和紫外线望远镜的数据的综合分析为我们提供了更多证明潮汐破坏事件是巨大的粒子加速器。”

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根据有关中微子的第二篇论文,最可能的罪魁祸首是从相对活跃的黑洞的极地区域喷出的相对论性等离子体射流。目前尚不清楚这是如何发生的,但天文学家认为,来自吸积盘内部(但在事件视界之外)的物质是通过围绕黑洞外部的磁力线向磁极引导并从磁极发射的。

最近的模拟表明,当这些喷流中的磁场纠缠在一起时,它们会产生一个电场,该电场可以使粒子加速到相对论(接近光速)的速度。这些喷流可以持续数百天,这有助于解释为什么中微子在初次发现后六个月到达。

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这是一个了不起的结果,并且很好地证明了当我们结合不同的观察宇宙的方式时可以发现的东西。

德意志电子同步加速器(DESY)和德国洪堡大学的天体物理学家马雷克·科瓦尔斯基(Marek Kowalski)说:“这些综合观察证明了天文学的力量。”

“如果没有检测到潮汐破坏事件,中微子将只是众多事件之一。没有中微子,观测到的潮汐破坏事件将只是众多事件之一。只有通过结合,我们才能找到加速器并了解到一些有关内部过程的新知识。”

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