南极冰立方发现的超高能量中微子，来自整个宇宙中最炽热的星系

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在这张艺术渲染图中，耀变体（blazar）正在加速产生π介子的质子，这些π介子产生中微子和伽马射线。 中微子总是强子反应的结果，例如这里显示的那种。 伽玛射线可以在强子和电磁相互作用中产生。

科学中最大的谜团之一就是不仅要确定地球上有什么，还要确定是什么创造了我们在地球上探测到的信号。一个多世纪以来，我们都知道宇宙中高速运行的是宇宙射线：来自遥远的银河系的高能粒子。虽然已经确定了这些粒子的一些来源，但绝大多数，包括那些能量最强的，仍然是一个谜。

到今天为止，这一切都改变了。在2017年9月22日的冰立方合作中，发现了一个到达南极的高能中微子，并且能够识别出它的来源。当一系列的伽玛射线望远镜观察到同样的位置时，他们不仅看到了一个信号，他们还发现了一个耀变体，恰好在那一刻闪耀着。最后，人类至少发现了一个产生这些超能量宇宙粒子的来源。

当黑洞以物质为食时，它们会产生一个吸积盘和一个垂直于物质的双极射流。当来自超大质量黑洞的喷射物指向我们时，我们称它为蝎虎天体（位于活动星系核心部位的天体）或耀变体。这被认为是宇宙射线和高能中微子的主要来源。

宇宙，在我们所看到的任何地方，都充满了可以观察和互动的事物。物质聚集成星系、恒星、行星，甚至人。辐射穿过宇宙，覆盖了整个电磁波谱。在每立方厘米的空间中，都能发现数以百计的幽灵般微小的粒子，即中微子。

至少，如果它们与我们知道如何处理的正常物质发生任何可察觉的频率相互作用，它们是可以被发现的。相反，中微子必须经过一光年的铅，才会有50/50的粒子与粒子碰撞。在1930年的提议之后的几十年里，我们一直无法探测到中微子。

核反应堆实验用的RA-6(阿根廷共和国6号)，显示了水中比光速还快的粒子发出的切伦科夫辐射的特征。中微子(或者更准确地说，反中微子)最早是保罗在1930年提出的假设，1956年在一个类似的核反应堆中被发现。

1956年，我们第一次发现它们是通过在核反应堆外面安装探测器，距离产生中微子的地方只有几英尺。在20世纪60年代，我们建造了足够大的探测器——在地下，不受其他污染粒子的影响——来发现太阳产生的中微子，以及宇宙射线与大气的碰撞。

然后，在1987年，我们发现了一颗超新星，它离我们的家如此之近，以至于我们可以从它身上探测到中微子。为了完全不相关的目的而进行的实验检测出了来自SN 1987A的中微子，开启了多信使天文学的时代。据我们所知，中微子穿过宇宙的能量与光速无法区分。

超新星1987a的残骸，位于大约165000光年之外的大麦哲伦云中。中微子到达的时间比第一个光信号早几个小时，这一事实告诉我们，光在超新星的恒星层中传播所需要的时间比中微子传播的时间要长，而中微子的速度与光速是无法区分的。中微子、光和引力现在似乎都以同样的速度传播。

在大约30年的时间里，来自超新星的中微子是我们所确认的唯一来自太阳系之外的中微子，更不用说我们的星系了。但这并不意味着我们没有接收到更遥远的中微子；它仅仅意味着我们不能用天空中任何已知的来源来确定它们。虽然中微子与物质的相互作用非常微弱，但如果它们的能量更高，它们就更有可能相互作用。

这就是冰立方中微子天文台（ IceCube neutrino observatory）的由来。

冰立方观测站是第一个类似的中微子观测站，它的设计目的是观察来自南极冰层下的这些难以捉摸的高能粒子。

在南极冰的深处，冰立方覆盖着一立方千米的固体物质，寻找这些几乎没有质量的中微子。当中微子穿过地球时，就有可能与那里的粒子发生相互作用。相互作用将导致大量粒子的产生，这些粒子将在探测器上留下明确无误的信号。

在这幅图中，一个中微子与一个冰分子发生了相互作用，产生了一个次级粒子——一个介子——在冰中以相对论速度运动，在它的后面留下了一丝蓝光。

在冰立方运行的六年里，他们探测到了超过80个高能宇宙中微子，它们的能量超过100 TeV：是LHC中任何粒子所能达到的最高能量的十倍以上。他们中的一些粒子甚至达到了PeV的级别，获得的能量甚至比创造已知的最重的基本粒子所需要的能量还要多几千倍。

然而，尽管所有这些来自宇宙的中微子已经到达地球，我们还没有将它们与提供明确位置的天空源进行匹配。探测这些中微子是一项巨大的壮举，但除非我们能够将它们与宇宙中实际观测到的物体联系起来——例如，也可以通过某种形式的电磁光观测到——否则我们就无法知道是什么创造了它们。

当中微子在清澈的南极冰中相互作用时，它会产生二次粒子，当它们通过冰立方探测器时，会留下一丝蓝光的痕迹。

理论家们提出的观点没有问题，包括：

超新星，所有超新星中最亮的，伽马射线爆发，燃烧的黑洞，或者类星体，宇宙中最大的活跃黑洞。

但这需要证据来决定。

冰立方观测站检测到的高能中微子事件的一个例子是：2014年，一个4.45 PeV中微子撞击探测器。

冰立方一直在跟踪和发布他们发现的每一个超高能中微子。在2017年9月22日，另一个类似的事件发生了：IceCube-170922A。在发布的新闻稿中，他们说：

2017年9月22日，冰立方探测到一个轨道状的、极高能量的事件，极有可能是天体物理起源。该事件是由极高能量(EHE)轨道事件选择确定的。冰立方探测器处于正常运行状态。EHE事件通常有一个位于探测器外面的中微子相互作用顶点，产生一个穿过探测器体积的介子，并且有一个高光电平(能量的代理)。

宇宙射线通过撞击大气中的质子和原子来喷射粒子，但由于切伦科夫辐射，它们也会发光。通过观察来自天空的宇宙射线和撞击地球的中微子，我们可以利用巧合来揭示两者的起源。

这种努力不仅对中微子来说是有趣的，而且对一般的宇宙射线来说也是有趣的。尽管一个多世纪以来我们已经看到了数以百万计的高能宇宙射线，我们仍然不知道它们的起源。这对质子、中微子和中微子来说是正确的，它们都是在核源和大气中通过级联/阵雨产生的。

这就是为什么有趣的是，除了警报外，冰立方还给出了这个中微子在天空中起源的坐标，位置如下:

RA: 77.43 deg (-0.80 deg/+1.30 deg 90% PSF containment)J2000

12月:5.72 deg (-0.40 deg/+0.70 deg 90% PSF containment)J2000

这使得观察者试图通过电磁频谱对这个物体进行后续观察。

艺术家对活跃的星系核的想象图。在吸积盘中心的超大质量黑洞向空间发射了一个狭窄的高能射流，垂直于圆盘。大约40亿光年以外的耀变体是这些宇宙射线和中微子的起源。

这是一个耀变体：一个超大质量的黑洞，目前处于活跃状态，以物质为食，并以极快的速度加速。 耀变体就像类星体，但有一个重要区别。 虽然类星体可以朝向任何方向，但是耀变体将始终有一束喷射流会直接指向地球。 他们被称为耀变体因为他们“向你”开火。

这个特殊的耀变体被称为TXS 0506 + 056，当一系列的天文台，包括NASA的费米天文台和加那利群岛的地面魔法望远镜（the ground-based MAGIC telescope），都能立即探测到伽马射线。

在地球和太空中，大约有20个观测站对去年9月冰立方观测到的中微子的位置进行了后续观测，这使得科学家们可以对被认为是高能中微子来源的中微子以及宇宙射线进行理想化。除了中微子，电磁光谱上的观测还包括伽马射线、x射线、光学和无线电辐射。

不仅如此，当中微子到达的时候，发现耀变体处于一种燃烧状态，与最活跃的流出物相对应。由于流出高峰和退潮，冰立方的研究人员在2017年9月22日之前经历了10年的记录，并寻找任何来自TXS 0506+056位置的中微子事件。

最直接的发现是什么？中微子以多次爆发的形式从这个物体中到达，持续了很多年。通过将中微子观测和电磁观测结合起来，我们已经很有力地证明了高能中微子是由耀变体产生的，而且我们有能力探测到它们，即使是在这么远的距离。如果你好奇的话，TXS 0506+056位于40亿光年之外。

Blazar TXS 0506+056是第一个确定的高能中微子和宇宙射线源。这幅图是根据NASA的“猎户座”的图像，显示了在猎户座的左肩附近的夜空中，耀星的位置。这个源头距离地球约40亿光年。

从这个多信使观察中可以学到很多东西。

耀变体被证明至少是宇宙射线的一个来源。要产生中微子，你需要衰变的介子，而这些是由加速的质子产生的。这为黑洞加速质子提供了第一个确凿的证据。这也证明了blazar TXS 0506+056是宇宙中最亮的光源之一。最后，从伴随的伽马射线中，我们可以肯定宇宙中微子和宇宙射线，至少有时，有一个共同的起源。

高能天体物理学源产生的宇宙射线可以到达地球表面。当宇宙射线与地球大气中的粒子发生碰撞时，它会产生大量粒子，我们可以用地面上的阵列探测到这些粒子。最后，我们发现了它们的一个主要来源。

根据冰立方天文台的首席研究员弗朗西斯·哈森的说法，

“有趣的是，在天体物理学界有一种普遍的共识，那就是耀变体不太可能是宇宙射线的来源。利用各种波长的望远镜，再加上像冰立方这样的中微子探测器，在科学家们所谓的“多信使天文学”中具有里程碑式的意义。”

多信使天文学的时代正式到来了，现在我们有三种完全独立和互补的方式来观察天空：用光，用中微子，用引力波。我们已经知道，曾经被认为不可能产生高能中微子和宇宙射线的耀变体，实际上两者都有。

这是一位艺术家对遥远的类星体3C 279的想象图。双极射流是一种常见的特征，但这种射流直接指向我们是极为罕见的。当那发生的时候，我们有了一个耀变体，现在被证实是高能宇宙射线和超高能中微子的来源。

一个新的科学领域，高能中微子天文学，正式启动了这个发现。中微子不再是其他相互作用的副产品，也不再是我们太阳系之外的宇宙好奇心。相反，我们可以用它们作为宇宙和物理基本定律本身的基本探测。建造冰立方的主要目标之一是确定高能宇宙中微子的来源。通过确定blazar TXS 0506+056作为中微子和伽马射线的来源，这是一个最终实现的宇宙梦想。

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本文选自：今日头条

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“根据模型和模拟，所有的星系都应该被嵌入到暗物质晕中，暗物质晕的密度在星系中心达到顶峰。”你这个结论，不敢苟同。如果依照摊煎饼出宇宙理论，暗物质是正常物质只是你看不见。晕是指外围有个圈，如月亮有晕，说明明天有风。