一颗恒星因过于接近一颗恒星而完全撕裂给了科学一份罕见的礼物。 科学家首次发现高能在其中一次暴力事件中,它被抛入太空。
这种微小的粒子不仅让我们更接近于弄清楚宇宙中最高能粒子的确切诞生地; 它表明黑洞潮汐破坏事件可以产生强大的天然粒子加速器。
“宇宙高能的起源是未知的,主要是因为它们很难确定,”天体物理学家 Sjoert van Velzen 说道荷兰莱顿大学博士。
“这一结果将是第二次追踪高能中微子的来源。”
通过黑洞捕捉到恒星死亡的情况相当罕见,但我们已经见过足够多次,可以大致了解这个过程是如何发生的。 一颗偏离轨道的恒星距离黑洞足够近,以至于被黑洞的引力所吸引。 巨大的潮汐力黑洞的引力场——其引力场的产物——首先会拉伸,然后用力拉扯恒星,使其被撕裂。
这种潮汐破坏事件(TDE)释放出耀眼的耀斑,当解体恒星的一半碎片围绕黑洞旋转时,会发出明亮的光芒,在被无情地拉出事件视界之前产生巨大的热量。 另一半碎片被抛入太空。
2019 年 4 月 9 日,地球上观测到的正是这样的耀斑和辉光。
该事件名为AT2019dsg,是由一个质量为太阳 3000 万倍的超大质量黑洞从 7.5 亿光年之外发射出来的(我们银河系的超大质量黑洞的质量是 400 万太阳质量)。 它在光学和光学上都闪闪发光X射线光谱,后来被检测到无线电频谱。
不到六个月后,即 2019 年 10 月 1 日,南极洲的 IceCube 中微子探测器再次探测到:迄今为止探测到的最高能量中微子之一。 它被命名为IC191001A。
“它以超过 100 太电子伏的惊人能量撞击了南极冰层,”天文学家安娜·弗兰科维亚克说德国电子同步加速器(DESY)和德国波鸿大学的。
“相比之下,这至少是世界上最强大的粒子加速器(位于日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室欧洲核子研究中心的大型强子对撞机)所能达到的最大粒子能量的十倍。”
它来自 AT2019dsg 的方向。
中微子是令人着迷的小东西。 它们的质量几乎为零,它们以接近光速的速度行进,并且它们并不真正与正常物质相互作用; 对于中微子来说,宇宙几乎是无形的。 事实上,数十亿中微子现在正在你身边飞驰。 这就是为什么它们被称为“幽灵粒子”。
但这并不意味着它们不能与物质相互作用,这就是 IceCube 检测它们的方式。 时不时地,中微子会与冰相互作用并产生闪光。 由于探测器深入南极冰层的黑暗中,这些闪光确实很引人注目。
根据光的传播方式和亮度等特征,科学家可以计算出中微子的能量有多大,以及它来自的方向。 此前,科学家追踪到了河外高能中微子回到耀变星系,40亿光年远。
当科学家分析 IC191001A 时,他们发现它与 AT 2019dsg 无关的可能性只有 0.2%。
“这是第一个与潮汐破坏事件有关的中微子,它为我们带来了宝贵的证据,”天文学家罗伯特·斯坦因说德西。
“潮汐破坏事件尚不清楚。对中微子的检测表明吸积盘附近存在一个强大的中央引擎,喷出快速粒子。对射电、光学和紫外线望远镜数据的综合分析为我们提供了更多信息有证据表明潮汐破坏事件充当了一个巨大的粒子加速器。”
根据关于中微子的第二篇论文,最有可能的罪魁祸首是从活跃吸积黑洞的极地区域喷出的相对论性等离子体射流。 这是如何发生的尚不清楚,但是天文学家认为来自吸积盘内部(但在事件视界之外)的物质通过黑洞外部周围的磁场线被引导到两极并从两极发射。
最近的模拟研究表明,当这些射流中的磁场变得纠缠在一起时,它们会产生一个电场,可以将粒子加速到相对论速度(接近光速)。 这些喷流可以持续数百天,这有助于解释为什么中微子在最初检测到六个月后才到达。
这是一个了不起的结果,它完美地展示了当我们结合不同的观察宇宙的方式时我们可以发现什么。
“综合观测结果证明了多信使天文学的力量,”天体物理学家马雷克·科瓦尔斯基说DESY 和德国洪堡大学。
“如果没有检测到潮汐破坏事件,中微子将只是众多中微子之一。如果没有中微子,对潮汐破坏事件的观测也将只是众多事件之一。只有通过组合,我们才能找到加速器并了解一些东西关于内部流程的新内容。”