“精灵”粒子极可能源于遥远耀变体

冰立方中微子天文台位于南极洲地下1.5公里处。来源:科学杂志官方网站

去年9月，一个来自太空的亚原子粒子像平静湖面上的鹅卵石一样“精神坠入地球”，穿越南极洲，引发涟漪。科学家们争相寻找它的来源。今年7月12日，几十个科学研究小组发表了一篇文章，认为亚原子粒子可能来自遥远的布拉萨尔。

研究人员表示，这一新发现是新兴的多信使天文学的又一次胜利，它不仅帮助科学家解决了宇宙中最大的谜团之一——神秘的宇宙射线“大门在哪里”，还改变了人类对宇宙的看法。

“堕落精灵”敲响了警钟。

故事始于去年九月。

2017年9月22日，位于南极洲极点的冰立方中微子观测站探测到一个290电子伏的中微子。相比之下，欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机是目前能量最高的加速器，只能将粒子加速到7TeV。

该冰块属于美国国家科学基金会(NSF)，于2010年完成，由86串光传感器组成，分布在1立方千米内，每串60个，位于冰下1.5千米处。当中微子撞击冻结水分子的原子核时，就会产生带电粒子。当粒子减速时，切伦科夫光将被发射并被冰块捕获。如果子木产生了，它的轨迹又直又长，这就适合根据光的位置、时间和亮度来精确地重建中微子的方向和能量。

中国科学院高能研究所的研究员曹骏认为，冰立方的主要科学目标是用中微子找到高能宇宙射线的起源。出于这个原因，2016年，冰立方团队建立了一个早期预警网络，希望聚集不同波段的望远镜的能量来一起搜寻中微子。在观察到上面孤独的“灵魂”43秒后，冰立方通过南极的卫星链接向天文学家网络发出警报，并标记了中微子冰立方-170922A。

几个观测站起初没有发现任何异常。六天后，美国国家航空航天局的费米伽马射线太空望远镜(持续扫描天空，包括监测大约2000个耀斑)小组报告说，他们发现被称为“TXS 0506+056”的耀斑非常明亮，与冰立方小组建议的中微子方向仅相差0.1度，几个月前耀斑已经开始耀斑。很快，十几架望远镜“集中火力”研究起了姚的这个变种。

英国杂志《自然》的官方网站12日报道称，来自世界各地的几个团队在当天发表的至少7篇论文中描述了这项研究。这是科学家首次将遥远的星系视为高能中微子的来源。

在世界上最大的光学望远镜——直径10.4米的大望远镜加那利的帮助下，意大利帕多瓦天文台的西蒙·派亚诺团队发现，姚的变种离地球约37.8亿光年。

它有助于揭示高能宇宙射线的起源。

解释说，姚变体是一种活动星系核，是星系中心的一个巨大黑洞积累大量物质而引起的一种剧烈的天文现象。黑洞将增生物质的重力能量或黑洞的旋转能量转化为强大的相对论喷流。如果喷流指向观察者的视线，它会显得特别明亮，称为耀斑变异。

《科学》杂志12日报道称，产生中微子的发光变体也有助于解开天文学中一个百年之谜:宇宙射线，即不时造访地球的高能质子和原子核，从何而来？这些宇宙射线是自然界中能量最高的粒子，比地球上粒子加速器产生的能量高100万倍。然而，这些宇宙射线的来源一直是个谜，因为宇宙射线携带的电荷会弯曲它们的行进路线。

目前，科学家们列出的“幕后”名单包括一些星系中心的中子星、伽马射线爆发、超新星和黑洞。然而，无论高能中微子来自何处，它们都有可能作为副产品出现。中微子是电中性的，几乎没有质量，以接近光速的速度运动，很少与其他物质相互作用，并且以直线运动。这意味着产生它们的源事件可以通过中微子的路径来追踪。很长一段时间以来，天文学家一直期待通过中微子揭示宇宙射线的神秘来源，“中微子给我们指明了一条穿过迷雾的道路。”

如果冰立方的团队是正确的，那么这个姚变种可能是这些宇宙射线的第一个来源“自我识别”

结果需要更多确凿的证据。

然而，研究人员指出，这种高能中微子和姚变体之间的联系并不是“坚如磐石”曹骏说，这次观测到的中微子与姚变异体之间的相关性达到了99.9%，约为标准偏差的3.5倍，这与科学发现所要求的5倍标准偏差的严格标准(即350万人中只有1人可能出错)并不接近。

美国纽约大学粒子物理和数据分析专家凯尔·克兰默(Kyle Cranmer)表示，上述数据共同确定了可能的来源，但“观察结果并不确定，需要更多的后续行动来证实这一点”。

盐湖城犹他大学的皮埃尔·斯科尔斯基说:“新的观察令人兴奋。我非常希望它能被证实。如果最终得到证实，这将是革命性的。”

《科学》杂志称，研究小组希望将冰块的体积增加10倍，光电探测器的数量增加一倍，这样就能探测到更多的中微子，并提高指向精度。

曹骏也满怀希望地说:“即使现在的结果不够令人信服，未来也一定能够毫无争议地确定答案。”

多信使天文学的胜利

最新的研究是新兴多信使天文学的又一次胜利。多信使天文学结合了来自不同类型天文台的信号来确定天体事件的细节。

美国太空网12日报道称，多信使天文学始于2017年10月，当时研究人员宣布，他们观察到了来自一对正在融合的中子星的引力波和光。在这项研究中，中微子望远镜和其他仪器研究了射电、光学和伽马波段的姚变体。

结合来自不同信使(引力波、中微子等)的信息。)将有助于科学家进一步揭开宇宙的奥秘。国家科学基金会主任弗朗西斯·科尔多瓦说:“多信使天文学的时代已经到来。每一个信使，从电磁波到引力波，现在是中微子，都帮助我们更好地理解宇宙及其最高能量的天体和事件。”(北京，7月16日，《科技日报》)