終於,物理學家弄清了南極高能幽靈粒子的來源之謎:耀變體黑洞!

2020-12-05 大狗說

2017年9月22日,科學家通過世界上最大的中微子探測器——位於南極的「冰立方」(IceCube Neutrino Observatory),探測到了神秘的 「幽靈粒子」 。此次發現的粒子穿越40億光年到達我們身邊,普通人無從得知,科學家卻異常困惑。

現在,研究人員終於鎖定其來源,它們來自一種高度活躍的橢圓形星系,即所謂的 「耀變體」 (blazar)。其中心內部潛藏著一個巨大的黑洞,釋放出的輻射能夠直抵地球。也就是說,這種高能宇宙中微子來自銀河系外。

這無疑是一個驚人的發現,它不僅證實耀變體是高能中微子的一種來源,而且還建立了一個全新的研究領域:多信使中微子天體物理學。科學家將使用不同類型的探測器共同研究同一現象。同樣技術也曾被用於確認並拍攝中子星碰撞的研究。

自2012年南極「冰立方」首次發現高能中微子以來,來自銀河系外的這些亞原子粒子一直是令物理學家們感到棘手的課題。

在亞原子粒子中,中微子可以說最為奇異。它們的質量幾乎為零,能夠以接近光速的速度傳播,並且通常不會和一般物質發生相互作用。對於中微子來說,宇宙可以被視為無形的「精神世界」。

之所以被稱為「幽靈粒子」,是因為此時此刻,正有數十億數量的中微子穿過你我的身體。我們卻不得而知。

當然,這並不意味著中微子完全不能與物質發生作用,否則即使「冰立方」也將無法探測到高能中微子。科學家們一次又一次地發現,中微子可以與冰相互作用,並產生閃光。

「冰立方」的探測器埋藏在南極冰層之下。在黑暗中,由碰撞所產生的光子得以被探測到。

到目前為止,IceCube已經發現了幾個脫穎而出的中微子。它們比正常檢測數據更具有活力,這表明它們一定已經穿越了遙遠的距離。

科學家曾在1987年從銀河系銀暈(sn1987a)的超新星爆發中發現了中微子,其能量高達36MeV; 2012年發現的中微子能量則超過了1PeV。

雖然2017年9月探測到的中微子能量略低於300TeV,但它遠遠高於附近的任何東西。並且,由於宇宙的一般物質對於中微子來說是「不存在的」,這意味著它們總是以直線行進。

現在,由全世界數百名科學家組成的研究團隊終於確認了這個微小亞原子粒子的來源。

它可以追溯到40億光年遠的耀變體,即所謂的TXS 0506 + 056。它就位於獵戶座的「肩膀」上。這一發現意味著主要由質子和原子核組成的相關高能宇宙射線,也來自同一個地方。

耀變體是一種類星體,其星系內部核心具有活躍的超大質量黑洞,在它「進食」時會發出巨大的能量。

但耀變體可能是傾斜的,所以其星系的「銀道面」正對著我們,從黑洞極區發射出的一條噴流正好指向我們的方向。

在宇宙的浩瀚夜空中,已知的高能量物體數量高達數千個,但它們之中很少有誰能被作為高能中微子的可能來源。

有趣的是,天體物理學界曾普遍認為,耀變體不太可能成為宇宙射線的來源。

當2017年進行實時監測時,科學家們變得高度警惕。他們立即開始搜索冰立方中微子天文臺的以往數據,並在2014年底到2015年初從同一個地方發現了若干中微子的閃耀信號。

這一發現得到了另外兩個伽馬射線望遠鏡觀測結果的支持:美國宇航局(NASA)地球軌道上的費米伽瑪射線空間望遠鏡和加那利群島的大氣伽瑪切倫科夫成像望遠鏡(MAGIC)。

它們也都檢測到源自TXS 0506 + 056的高能伽瑪射線活動。另外,科學家在無線電頻譜中也有所收穫。

所有這些卓越的工作共同表明,這個耀變體已經成為第一個已知的最高能量中微子和宇宙射線的「加速器」。

目前,相關研究論文已經在國際頂級學術期刊《科學》雜誌上發表。

相關焦點

  • 一個來自超大質量黑洞的「幽靈粒子」穿越太空,鑽進了南極冰層
    冰立方是美國主導的天文觀測設備,座落於南極冰層深處,耗資2.7億美元建造。這臺探測器能夠探測到來自深空的高能亞原子粒子——有著「幽靈粒子」之稱的中微子。中微子從深空來到地球,可能直接來自於超新星爆炸殘餘或者黑洞。普通的望遠鏡無法觀測到神秘莫測的中微子,但冰立方可以。它是迄今為止建造的世界上最大的中微子望遠鏡。
  • 科學家在南極發現中微子 將這樣改變宇宙
    科學家在地球上發現了一個「幽靈般」的亞原子粒子,一個困擾了科學家半個多世紀的宇宙之謎也許總算能就此解開。此次找到的高能中微子是該類型中首次被人類發現的粒子。科學家對其追根溯源,發現其來自40億光年外的一處橢圓星系。該星系中央有一個巨大的黑洞,中心直接瞄準地球發射光線和輻射。該星系屬於「耀變體」。
  • 科學家在南極發現中微子 或改變我們認識宇宙方式
    科學家在地球上發現了一個「幽靈般」的亞原子粒子,一個困擾了科學家半個多世紀的宇宙之謎也許總算能就此解開。
  • 100年後,科學家解開宇宙射線起源之謎!
    就在前兩天,美國自然基金委員會宣布,美國南極冰立方中微子天文臺(IceCube Neutrino Observatory )望遠鏡追蹤到了一個遙遠耀變體(Blazar)中的高能宇宙中微子,這個耀變體正是產生高能宇宙射線的源頭之一。
  • 自超大質量黑洞的「幽靈粒子」穿越太空,鑽進了南極冰層!
    這臺探測器能夠探測到來自深空的高能亞原子粒子——有著「幽靈粒子」之稱的中微子。中微子從深空來到地球,可能直接來自於超新星爆炸殘餘或者黑洞。普通的望遠鏡無法觀測到神秘莫測的中微子,但冰立方可以。它是迄今為止建造的世界上最大的中微子望遠鏡。
  • 我們終於知道高能「幽靈粒子」從何而來
    2017年9月22日探測到的所謂神秘的「幽靈粒子」,穿越了40億光年,從一個名為blazar的極具能量的天體上到達我們。    這是一個驚人的發現,它不僅證實了火焰是高能中微子的來源,而且還建立了一個新的研究領域:多信使中微子天體物理學——利用不同類型的探測器來研究相同的現象。
  • 黑洞加速出宇宙中能量最高的粒子
    當高能中微子被冰俘獲,產生帶電粒子,穿過傳感器陣列,將產生切倫科夫光,從而被探測到。高能宇宙線起源之謎耀變體(Blazar)是活動星系核的一種,是由星系中央的巨大黑洞吸積大量物質而產生劇烈天文現象。黑洞將吸積物質的引力能,或者黑洞的轉動能量,轉化為強大的相對論噴流。如果噴流指向我們的視線,就構成耀變體。
  • 科學家在南極發現中微子,或將改變咱們認識世界的方法
    新浪科技訊 北京時間7月16日音訊,據國外媒體報導,科學家在地球上發現了一個「鬼魂般」的亞原子粒子,一個困擾了科學家半個多世紀的世界之謎或許總算能就此解開。此次找到的高能中微子是該類型中初次被人類發現的粒子。科學家對其追根溯源,發現其來自40億光年外的一處橢圓星系。
  • 來自宇宙的「高能信號」究竟告訴了我們什麼?
    原標題:來自宇宙的「高能信號」究竟告訴了我們什麼?宇宙線起源,作為百年之謎,在Science雜誌選出的最重要的125個科學問題中名列前茅。就在前天,《科學》(Science)雜誌上報導了這一領域的重大發現——南極「冰立方」(IceCube)探測器捕獲到來自宇宙深處的罕見「高能信號」——極高能中微子。
  • 幽靈粒子能夠穿越一切物質,你知道幽靈粒子的秘密嗎,快來看一看
    今天我們來探索一個大家比較感興趣的話題,那就是幽靈粒子,我們知道幽靈粒子可以穿越任何一種物質,所以科學家才這樣稱呼這種粒子,其實幽靈粒子真正的名字叫做中微子,是一種物理學中的粒子。首先要告訴大家的一點是中微子屬於輕子,是質量極小的一種粒子。
  • 古老的超大質量黑洞擁有指向地球的粒子束
    簡介:最新發現的超重宇宙黑洞粒子—— PSO J030947.49+271757.31 –是迄今最遠的耀變星,且其粒子束恰巧直指地球,利於分析其光束。耀變星是位於活躍星系核心的超大質量黑洞。對它們的觀測對於研究黑洞種群規模有很大意義。
  • 宇宙大爆炸產生的「幽靈粒子」是何方神聖?
    「幽靈」是何方神聖?我們的宇宙產生於137億年前的一次大爆炸。宇宙大爆炸在一秒鐘內產生了無數的中微子。宇宙大爆炸初期,由於光子無法擺脫引力外逃,而中微子卻與物質不發生任何作用,可以暢行無阻。所以,它們攜帶了比光更早的宇宙信息走到了現在。由於中微子難以探測,所以被科學界稱之為「幽靈粒子」。
  • 天文學家追蹤到神秘高能中微子的來源,指向超大質量黑洞
    天文學家追蹤到神秘高能中微子的來源,指向超大質量黑洞  Emma Chou • 2020-05-18 15:35:59 來源:前瞻網 E4245G0
  • 中國建造超大玻璃球求解「幽靈粒子」之謎
    (中科院高能所供圖)新華社北京12月26日電(記者全曉書 王攀 荊淮僑)在一個12層樓高的玻璃球裡注入透明液體,中國科學家打算造一個全世界最大的「水晶球」來捕捉宇宙中的「幽靈粒子」——中微子,從而找到通向物理新世界的大門。他們將把一個直徑達35.4米的有機玻璃球安裝在廣東省江門市西南部的打石山中。
  • 高能中微子來自超大質量黑洞?
    中微子是一種非常神秘的粒子,它們的質量很小,沒有電荷,而且很少與其他物質相互作用。同時它們也非常普遍,幾乎每時每刻都有大約1000億個中微子會在你身體的每平方釐米中流動。科學家認為中微子是由大爆炸產生的,但是具體來源尚未可知。近日,南極脈衝瞬變天線安妮塔探測到一些中微子。與大多數的中微子探測器不同,安妮塔是一個由氣球懸掛的無線電探測器。
  • 雲師大:驅動這個「耀變體」的初級黑洞,竟高達77億倍太陽質量!
    耀變體屬於一個更大的活躍星系群,擁有活動星系核(AGN),耀變體的特徵是相對論噴流。根據其光學發射特性,天文學家將耀變體分為兩類:具有突出而寬廣光學發射線的平譜射電類星體(FSRQ)和沒有突出和寬廣光學發射線的耀變體。紅移為0.205的3FGLJ0449.4-4350(也稱為PKS0447-439)是一顆耀變體,它展示了光學波段和伽馬射線的可變性。
  • 幽靈粒子的質量之謎
    中微子是一種極其難以捉摸的基本粒子。從太陽內產生的大量中微子會以接近光的速度傳播飛向地球,並穿過我們的身體。由於中微子幾乎從未與構成我們身體的原子發生作用,因此我們不會有任何察覺。它們是名副其實的幽靈粒子。在很長的一段時間內,科學家都認為這些微小的粒子是無質量的。○ 宇宙中包含著大量的中微子。它們沒有電荷,所以不會被自然界中的其他帶電粒子吸引或排斥。
  • 穿透力最強物質,每秒穿過眼睛十億次,科學家:只有黑洞能夠抵擋
    2017年九月,位於南極洲冰面下的粒子探測器「冰立方」,捕捉到一股來自太陽系外的高能宇宙射線,它的速度極快,達到了光速的99%以上,同時,它擁有極高的能量,科學家通過繁瑣的模擬實驗計算出它的能量高達300TeV。
  • 什麼是幽靈粒子?它的作用有多大?
    於2011年九月作為已發現可能超光速的粒子,像幽靈一樣的存在,科學家們就以「幽靈粒子」來描述它。這種粒子個頭小,不帶電,可自由穿過地球,幾乎不與任何物質發生作用,號稱宇宙間的「隱身人」就像幽靈一樣。二.奇怪的現象什麼奇怪的現象讓科學家們大惑不解呢?