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强势围观!幽灵粒子旅行7.5亿光年,最终被埋在南极冰层下

简介:位于约7.5亿光年外的星系中的一个重达3000万个太阳的黑洞吞噬了一颗恒星。科学家在2019年4月发现了它。但是六个月后,南极的望远镜捕获到了这一事件产生的中微子。尽管物理学家已经预测中微子是在潮汐破坏事件中产生的,但天文学家从未将中微子与特定的TDE现象结合在一起,这使它成为了引人注目的首创。关于中微子为何在事件爆发六个月后到达地球仍然未知。

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当黑洞吞噬恒星时,潮汐中断的图像。

最近发现两个特大质量黑洞在吞噬了邻近的恒星后发出了神秘的延迟信号。这个明亮的环是积吸盘,它是一个环绕在黑洞附近的物质环,而喷射出来的物质被送入太空。

这是科学家们有史以来第一次收到了来自两个吞噬了邻近恒星的超大质量黑洞的神秘延迟信号。

在第一个情况中,一个大约位于7.5亿光年之外的星系中、重量相当于3000万个太阳的黑洞吞噬了一颗离它很近的恒星。2019年4月,科学家发现了这一现象发出的光,但6个月后,南极洲的一台望远镜捕捉到了一种高能量的幽灵粒子——一种中微子,这显然是在吞噬盛宴期间发出的。

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第二个事件涉及到一个超大质量黑洞,其质量大约是太阳的100万倍,位于大约7亿光年之外的星系中。天文台在2015年8月发现它在一颗恒星上发射,然后在2016年2月突然爆发无线电波,然后在近四年后的2019年7月再次出现。

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这两种情况都涉及到所谓的潮汐中断事件,即超大质量黑洞利用其巨大的引力将一颗恒星撕成碎片——本质上是月球引力引起地球潮汐的极端版本。但这样的宇宙事件仍然没有被很好地理解,这两项新发现将极大地帮助天文学家解开它们的内部运作。

“每当我们侦测到一个新的潮汐中断现象,总会有一些令人兴奋和难以意料的事情与之相关,”在香港大学研究高能天体物理学的戴简在《生名科学》上如是说。“所以有很多新的物理现象可以研究,”戴简添加到,但她没有参与这两个发现。

研究人员将潮汐中断事件归类为“短暂”现象,因为它们通常会在几天的过程中闪光,然后再暗淡下来。以色列耶路撒冷希伯来大学天文学家阿萨夫·霍雷什告诉《生活科学》,在这种情况下,究竟是什么产生了光还不完全清楚,他是两篇关于这一新事件的论文的合著者。

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当超大质量黑洞撕裂它的恒星大餐时,恒星从“意大利面状”,变成了一条长长的细流。这种材料的洪流包围着黑洞,有人认为当它环绕时会产生能量喷射,就如水会减少排干一样。虽然其他模型预言的一些之前的恒星可能会向外爆炸,与周围的气体和尘埃产生耀斑,霍雷什这么说。

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一个以恒星为食的超大质量黑洞喷出了一颗破坏性的潮汐耀斑

在数亿光年之外的一个超大质量黑洞将一颗恒星撕成碎片后,它又将一些物质吐回了太空。其他物质围绕黑洞中心旋转,形成一个明亮的吸积盘。

鉴于黑洞周围的极端环境,粒子可以在类似于瑞士日内瓦大型强子对撞机的原子加速过程中大大加速。中微子是比电子轻约50万倍的微小粒子,而且是中性的(不带电),在宇宙中飞行时不会与太多物质发生相互作用。

这使得一个中微子可以从第一次潮汐中断现象开始向外移动,并朝着地球移动,最终出现在一个被称为冰立方中微子观测站的平方公里大小的仪器中,这个仪器被埋在南极冰层中。2月22日发表在《自然天文学》杂志上的一篇新论文称,研究人员将探测到的中微子标记为IC191001A,并计算出它拥有近1千万亿电子伏的能量,使其成为冰立方有史以来最强大的中微子之一。

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虽然物理学家曾预测中微子是在潮汐中断事件中产生的,但天文学家从未将中微子与某一特定的潮汐中断现象联系起来,这是第一次壮观的发现。至于它为什么在事件发生6个月后才到达,霍雷什说“我也不知道,”。

类似的谜团围绕着他领导的第二项研究,也发表在《自然天文学》上。在这种情况下,光——我们眼睛看到的那种光——从一个吞噬一切的黑洞中闪耀出来,然后消失,就像这些现象通常发生的那样。

霍雷什和他的合著者决定利用新墨西哥州的卡尔·詹斯基的甚大阵列射电望远镜进行后续研究,该望远镜可以探测无线电波。他们在几个月的时间里没有看到任何来自黑洞的东西,然后,在最初事件发生6个月后,突然出现了一个明亮的射电耀斑。更奇怪的是,近四年后甚大阵列收集的数据显示了另一次奇怪的射电能量爆发。

“有人可以编造一个故事,解释为什么我们在六个月后看到了一些东西,”霍雷什说。“无法解释为什么它会突然爆发,然后衰减,然后又突然爆发。它真的很有趣。”

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他指出需要新的模型来解释这些延迟信号。他的团队推测,部分能量喷流以奇怪的角度喷射出来,在吸积盘旋转时产生了有时可见有时不可见的耀斑模式。另一种可能性是,恒星残骸驱动激波缓慢穿过黑洞周围的物质,随后产生能量发射,尽管没有人真正知道。

但考虑到这些事件现在似乎比最初怀疑的持续时间更长,霍雷什期待能够发现更多的潮汐中断事件,从而对其性质有更深入的了解。

戴也对探索潮汐中断现象的奥秘的前景感到兴奋。“这些事件是理想的了解黑洞的实验室,”她说,这为研究人员提供了重要的关于了解物质如何在黑洞周围增生,并产生喷射流和耀斑的线索。

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她补充说,预计将于今年开始收集数据的智利维拉·c·鲁宾天文台,理论上可能会观测到数百个新的潮汐中断现象;而来自欧洲和中国的其他即将到来的太空仪器应该会增加这一收益。

“这个领域的前景非常光明,”她说。

最初发表在生活科学上。

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