在38亿光年外，发现中微子在“宇宙对撞机”中产生

么斯汀

博科园：本文为天文学类

南极冰立方中微子天文台探测到的中微子事件IceCube 170922A，似乎起源于遥远的活动星系TXS 0506+056，距离地球为38亿光年。TXS0506+056是众多活动星系中的一个，为什么以及如何只有这个特定的星系产生中微子，至今仍是一个谜。由马克斯·普朗克学会射电天文学研究所的Silke Britzen领导一个国际研究小组，研究了2009年至2018年中微子事件前后源的高分辨率无线电观测。该小组提出，早期中微子耀斑期间增强的中微子活动和单个中微子可能是由TXS0506+056内的宇宙碰撞产生。

喷流物质在超大质量黑洞附近的碰撞似乎产生了中微子。其研究结果于2019年10月2日发表在《天文学与天体物理学》期刊上。2018年7月12日，冰立方合作组织宣布检测到第一个高能中微子，IceCube-170922A，它可以追溯到遥远的宇宙起源。
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虽然中微子的宇宙起源被怀疑已有相当一段时间，但这是第一个可以确认其来源来自外层空间的中微子。这个中微子的“家”是一个活动星系核(AGN)，即一个以超大质量黑洞为中心引擎的星系。一个国际团队现在可以证明中微子的产生机制，并发现了一种相当于地球上对撞机的东西：喷射物质的宇宙碰撞。

活动星系核是宇宙中最有能量的物体之一，在超大质量黑洞的推动下，物质正在被吸积，等离子体(所谓的喷流)被发射到星系间的空间。BL Lac天体形成了一类特殊的活动星系核，其中喷流直接指向我们并主导观察到的辐射。中微子事件IceCube-170922A似乎起源于BL Lac天体TXS0506+056，这是一个红移为z=0.34的星系，对应于38亿光年的光传播距离。IceCube协作对冰立方档案数据的分析揭示了2014年9月至2015年3月较早时候中微子活性增强的证据。其他BL Lac对象显示的属性与TXS0506+056属性非常相似。

主要作者、马克斯·普朗克学会射电天文学研究所(MPIfR)的Silke Britzen解释道：这有点神秘，然而，为什么只有TXS 0506+056被确定为中微子发射器。科学家想要解开TXS0506+056的特殊之处，了解中微子的产生过程和定位发射地点，并研究了一系列高分辨率的喷射流无线电图像。令人大吃一惊的是，研究人员发现TXS0506+056中的喷射物质之间存在着意想不到的相互作用。虽然通常假设喷射等离子体在一种通道中不受干扰地流动，但在TXS0506+056中情况似乎有所不同。

该研究小组提出，2014-2015年中微子耀斑期间增强的中微子活动和单个EHE中微子，IceCube-170922A可能是由源中的宇宙碰撞产生。这种宇宙碰撞可以用新的喷射物撞击旧喷射物来解释。强弯曲射流结构为这种情况提供了适当的设置。另一种解释涉及同一来源的两个喷射流碰撞。在这两种情况下，都是喷射物质的碰撞产生中微子。这种喷射物质的碰撞是目前唯一可行机制，可以解释来自这个来源的中微子检测。同时还为我们提供了对喷射物质的重要洞察力，并解决了一个长期存在的问题：

喷射是由电子和正电子组成的轻子，还是由电子和质子组成的强子；还是两者的组合。至少部分喷射物质必须是强子，否则就不会检测到中微子。在宇宙演化过程中，星系碰撞似乎是一种频繁的现象。假设两个星系都包含中心超大质量黑洞，星系碰撞可能导致中心形成黑洞对。这对黑洞可能最终合并产生超大质量的黑洞合并，就像LIGO/Virgo合作在引力波中检测到的那样。多年来，人们一直在研究具有小间隔仅为光年的双黑洞活动星系核(AGN)，然而，它们似乎很少见，而且很难识别。

除了喷射物质的碰撞，研究小组还发现了TXS0506+056中心喷流进动的证据。根据华沙理论物理中心的Michal Zaja?ek所说：这种进动一般可以用超大质量黑洞双星的存在或爱因斯坦广义相对论预测的伦斯-瑟林进动效应来解释。后者也可能由中心第二个更远的黑洞触发。这两种情况都会导致喷流方向的漂移，研究也观察到了这一点。海德堡马克斯·普朗克天文学研究所的克里斯蒂安·芬特感到惊讶：我们对喷射源的观察越近，内部结构和喷流动力学就越复杂。

虽然双星黑洞产生了更复杂的流出结构，但从星系合并形成星系的宇宙学模型中自然可以预料到它们的存在。Silke Britzen强调了这些发现的科学潜力：通过研究射流内部来了解中微子产生是非常棒的，如果我们的分析提供了具有两个射流双黑洞喷射源的另一个候选者，这将是一个突破这似乎是首次报道两个喷射流在几光年尺度上可能发生的碰撞，而且中微子的检测可能追溯到宇宙喷射流的碰撞。虽然TXS 0506+056可能不能代表BL Lac天体的类别，但这个源可以为喷射物质的重复相互作用和中微子产生提供适当机制。

博科园｜研究/来自：马克斯·普朗克学会

参考期刊《天文学与天体物理学》

DOI: 10.1051/0004-6361/201935422

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原文地址：今日头条

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