超大黑洞撕裂恆星 科學家追溯高能中微子始源

文 / 蕭路

黑洞示意圖。（ShutterStock）

【大紀元2021年03月01日訊】超大質量黑洞是隱藏在星系中心的龐然大物。它們的引力如此之大，以至於它們附近會積聚大量物質，並且一部分物質會最終掉入黑洞中。

如果有倒楣的恆星跑到超大質量黑洞附近，它就會被超強的引力碾碎。這被天文學家稱為潮汐破壞事件。

然後，黑洞將吞噬殘留物，這會讓黑洞充滿能量，短時間內爆發強大的輻射。

最近，一組天文學家目睹了這樣的宇宙大災變，也追溯到宇宙中最神祕高能微中子的始源。

2019年4月9日，位於加州的帕洛瑪天文台（Palomar Observatory）的茲維基瞬變設施（Zwicky Transient Facility）檢測到潮汐破壞事件中發出的光。

這個編號為AT2019dsg的事件發生在一個編號為2MASX J20570298 + 1412165的星系中，該星系位於海豚星座方向，距離地球有6.9億光年。

令這一事件更奇特的是，天文學家後來從同一方向發現了一個非常高能量的中微子。

2019年10月1日，南極洲的冰立方中微子觀測站（IceCube Neutrino Observatory）檢測到一個編號為IC191001A的高能中微子。

分析表明，中微子來自非常接近AT2019dsg的方向。

波鴻大學（University of Bochum）的安娜·弗蘭科維克教授（Anna Franckowiak）在一份聲明中說：「IC191001A以100兆兆伏特的驚人能量砸入了南極冰中。」

「相比之下，這至少是世界上最強大的粒子加速器——位於日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室CERN的大型強子對撞機所能達到的最大粒子能量的十倍。」

中微子是一個非常奇怪的基本粒子。它無處不在，比宇宙中所有原子的數量還多，但是它非常小，而且幾乎不與任何東西相互作用。這使它們極難被探測到。

「這是與潮汐破壞事件有關的第一個中微子，它為我們帶來了寶貴的證據。」德國電子同步加速器（DESY）和洪堡大學（Humboldt University）的博士生羅伯特·斯坦因（Robert Stein）說。

來自紐約大學（New York University）的共同主要作者捨特·範·維爾曾（Sjoert van Velzen）博士說：「宇宙高能中微子的起源是未知的，主要是因為它們很難被追蹤。」

「我們的結果是第二次將高能中微子追溯到其來源。」

但是，由於中微子的觀測是在潮汐破壞事件發生數月之後才提出的，因此人們對這兩個觀測是否真的相關提出了疑問。

這些疑慮促使人們進行了​​從無線電、光學到X射線望遠鏡，包括美國航天局的斯威夫特X射線太空望遠鏡（Swift X-ray Telescope）在內的多波段觀測項目，試圖了解潮汐破壞事件與超高能中微子之間的聯繫。

「潮汐破壞事件是極為罕見的現象，在像我們這樣的大星系中，每10,000至100,000年只會發生一次。天文學家目前只觀察到幾十個。」美國宇航局戈達德太空飛行中心（NASA Goddard Space Flight Center）的斯威夫特X射綫望遠鏡首席研究員布拉德利·琴科（Bradley Cenko）說， 「每個事件的多波段觀測有助於我們進一步了解它們，因此即使沒有初始中微子檢測，AT2019dsg也引起了極大的興趣。」

DESY中微子天文學負責人，洪堡大學的馬雷克·科瓦爾斯基教授（Marek Kowalski）說：「這些綜合的觀察證明了多信使天文學的力量。」 「如果沒有檢測到潮汐破壞事件，中微子將只是其中之一。如果沒有中微子，那麼對潮汐破壞事件的觀察將只是其中之一。只有通過這種結合，我們才能找到加速器，並了解有關內部流程的新知識。」

AT2019dsg是為數不多的已知X射線輻射潮汐破壞事件之一。科學家認為，X射線來自吸積盤的內部或相對論的等離子流。

研究團隊沒有看到來自AT2019dsg噴射器的明確證據，而是建議磁盤中的快速冷卻可以解釋X射線的發射。

但是，並非每個人都同意這個想法。另一種觀點認為，發射源是被一堆碎片迅速遮蓋的噴流。到目前為止，尚不清楚哪種方案是正確的。

美國威斯康星大學麥迪遜分校（University of Wisconsin Madison）的研究員，冰立方的首席研究員弗朗西斯·哈爾岑（Francis Halzen）教授說：「我們可能只在這裡看到冰山一角。」

「將來，我們希望在高能中微子及其來源之間找到更多的聯繫。」

這項發現發表在《自然天文學》雜誌上的兩篇論文中。

責任編輯：林妍