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一颗被黑洞撕碎的恒星可能会释放出极其高能的中微子

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撞上南极冰层的中微子发出了一个警告:不要太靠近深渊的边缘。
 
物理学家5月11日在arXiv.org网站上报告说,当一颗恒星在与黑洞的近距离接触中被撕成碎片时,这个亚原子粒子可能已经爆炸了。如果这一理论成立,沐鸣平台登陆线路其结果将是第一个直接的证据,证明这种撕裂恒星的事件可以将亚原子粒子加速到极端能量。这将标志着高能中微子第二次被追溯至它的宇宙起源。
 
中微子不带电荷,质量很小,人们知道它能以极高的能量在宇宙中爆炸。但是科学家们还没有完全弄清这些粒子是如何变得如此活跃的。
 
能量中微子的一个潜在来源是所谓的潮汐干扰事件。当一颗恒星太接近一个超大质量的黑洞时,引力会把它拉开(SN: 10/11/19)。恒星的一些内部螺旋向黑洞移动,在黑洞吞噬气体之前形成了一个被称为吸积盘的高温气体饼状体。恒星的其他部分也会向外喷射。科学家们曾预测,这种剧烈的事件可能会产生像检测到的那样的高能中微子。
 
在2019年10月1日被发现,这个小中微子产生了巨大的能量:200万亿电子伏特的能量。这大约是最强大的人造粒子加速器——大型强子对撞机(Large Hadron Collider)中质子能量的30倍。中微子的特征被冰立方(IceCube)捕捉到,这是一种冻结在南极冰层深处的探测器。当中微子与冰相互作用时,探测器就会感应到产生的光。
 
当冰立方发现高能中微子时,天文学家就会在天空中搜寻该粒子来源的任何异常情况,比如在天空中出现的短暂闪光。这一次,沐鸣平台登陆线路使用兹威基瞬变装置的天文学家们提出了一个可能的匹配:一个被称为AT2019dsg的潮汐中断事件。
 
首次观测是在2019年4月,探测到该事件发出了不同波长的光:可见光、紫外线、射电和x射线。根据一个物理学家团队的说法,当冰立方探测到中微子时,大漩涡还在肆虐,这个团队包括德国佐滕的德国电子同步加速器(DESY)的马雷克·科瓦尔斯基(Marek Kowalski)。
 
威斯康辛大学麦迪逊分校的冰立方物理学家Francis Halzen没有参与这项新研究,但他说,尽管有趣,中微子和被撕碎的恒星之间的联系还不确定。Halzen说:“我不知道我是否必须赌上我的钱包,但我可能会。”“但里面没有多少钱。”
 
研究人员报告说,一个中微子和一个类似的潮汐干扰事件偶然重叠的概率只有0.2%。但这并不符合物理学家严格的举证责任。宾夕法尼亚州立大学的天体物理学家Kohta Murase说:“仅仅一个事件就很难让我们相信这是一个真正的中微子发射器。”“我在等待更多的数据。”
 
科瓦尔斯基拒绝对这篇文章发表评论,因为这篇论文还没有被接受发表在科学杂志上。
 
要诞生如此高能的中微子,这个撕裂恒星的事件必须首先将质子加速到高能量。然后这些质子一定会与其他质子或光子(光的粒子)碰撞。这个过程产生了其他粒子,称为介子,当它们衰变时释放中微子。
 
现在,科学家们正致力于精确地确定这种加速是如何发生的。这些质子可能是在向四面八方扩散的碎片风中发射的。或者它们可能在一个强大的,类似盖瑟斯的物质和辐射射流中加速。
 
AT2019dsg显示了一些不寻常的特性,任何解释都应该能够解释这些特性。例如,在事件中产生的x射线似乎迅速下降。因此,5月13日,位于坦佩的亚利桑那州立大学的物理学家WalterWinter和Cecilia Lunardini在arXiv.org上提出,该事件确实产生了一个喷射流,但一层物质逐渐覆盖了该区域,使x射线无法被观测到,同时仍允许中微子逃逸。Lunardini拒绝发表评论,沐鸣平台登陆线路因为这篇论文还没有在杂志上发表。
 
但穆拉斯认为,如果要隐藏喷射流,就意味着它不可能有那么强大的外流,这就很难用这种方式解释高能中微子。“如果它注入大量能量,这些能量就会释放出来,”他说。在5月18日发表在arXiv.org上的第三项研究中,Murase和他的同事支持这样的观点:质子在向外流动的风或日冕中加速,日冕是靠近黑洞吸积盘的超热区域。

确定这些粒子的来源可以帮助科学家更好地了解宇宙中一些最极端的环境。在此之前,天文学家已经将一个不同的高能中微子与一个正在经历爆发的“火焰之星”进行了匹配(SN:7/12/18)。blazar是一种明亮的光源,由星系中心的超大质量黑洞提供能量。“耀斑和潮汐干扰事件都是非常特殊的活动,即在短时间内释放大量能量,”斯坦福大学的天体物理学家Ke Fang说,他没有参与这项研究。
 
方说,对高能中微子进行更多的观察是至关重要的。“这是我们能够清楚地了解宇宙在这种极端能量下运行的唯一方式。”