世界觀察：墜入南極洲的“幽靈粒子”可能會解開宇宙射線之謎

然而是什么樣的極端宇宙“工廠”能制造這樣的東西？這個問題已經困擾了科學家一個多世紀了。但是周四在《科學》雜志上，天體物理學家宣布他們可能已經發現了一條重要的線索，可以把宇宙射線的起源故事拼湊起來。

簡而言之，他們認為宇宙射線來自于熾熱星體，即擁有巨大黑洞的星系，其高能射流指向地球--射流如此強烈，甚至比周圍整個星系區域都要強大。這是一種人們可能期望激烈的粒子產生的現象。

威斯康星大學麥迪遜分校物理學教授、冰立方中微子天文臺首席科學家Francis Halzen在一份聲明中說：“這當然意味著我們正坐在黑洞向我們噴出的粒子束中。”他沒有參與這項新研究。

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一個秘密的中微子“密碼”

基本上，新研究的團隊使用了推理的藝術來弄清楚這些奇怪的原子碎片來自哪里。

首先，他們追蹤了一種叫做中微子的宇宙射線分支。中微子被稱為“幽靈粒子”，它本身就是一個巨大的謎團。它們是如此躲避，幾乎不與任何東西發生相互作用，但卻有力地轟擊著整個宇宙。當它們旅行時，中微子甚至不接觸生命中最微小的構件--原子--這意味著數以萬億計的中微子實際上現在就在你的原子中飛馳著。你只是不知道而已。

然而，具體到宇宙射線，中微子被認為是在這些令人困惑的粒子壽命的某個地方開始的。可以說，它們的遺產是相互關聯的。

因此，研究小組意識到，如果我們能夠了解天體物理學中微子的來源，我們就會對宇宙射線的來源有一個可靠的想法。把中微子想象成小的陰暗的“信使”，告訴我們它們的宇宙射線來源在哪里。有趣的是，這些"粒子信使"正在催生一個全新的天文學領域，即多信使天文學。

與其僅僅依靠光來解碼宇宙--例如美國宇航局卓越的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡背后的驅動力--科學家可以調用難以捉摸的粒子，甚至是引力波，來剖析空間現象的來龍去脈。

“這就像同時感受、聽到和看到。你會得到一個更好的理解，”克萊姆森大學物理學和天文學副教授、該研究的作者Marco Ajello在一份聲明中說。“在天體物理學中也是如此，因為你從不同信使的多次探測中獲得的洞察力比你只從光中獲得的要詳細得多。”

從南極內部進行搜索

因此，專注于多信使天文學，為了弄清事情的真相，科學家們首先分析了他們所謂的為搜索而優化的"最大的可用中微子數據集"，該數據集是從冰立方中微子天文臺收集的，這是一個深埋在南極的科學基地。2017年，這個天文臺檢測到一個中微子，后來被追蹤到一個名為TXS 0506+056的熾熱星體。

但是對于這些熾熱星體是否真的是制造宇宙射線的天然粒子加速器，仍然存在爭議。例如，其他專家認為，宇宙射線是在太空中碰撞的星塵，是照亮宇宙的暴力超新星的產物。

盡管這種爭論應該被平息，根據新的研究團隊，因為它將冰立方的發現與熾熱星的目錄--確切地說，是PeVatron熾熱星，它將粒子加速到至少10^15電子伏特--進行交叉檢查，并獲得了兩者糾纏在一起的有力證據。

研究作者寫道：“在這項工作中，我們表明，熾熱星與高能天體物理中微子有明確的聯系，置信度達到了前所未有的水平。”

“我們當時（在2017年）有一個暗示，現在我們有了證據，”Ajello說。

研究報告的共同作者，來自德國Julius-Maximilians-Universit?t的Sara Buson在一份聲明中說：“這些結果首次提供了無可爭議的觀測證據，表明PeVatron熾熱星的子樣本是銀河系外中微子源，因此是宇宙射線加速器。”

重要的是，Buson還指出，這些結果只是來自于對冰立方中微子數據“最有希望的”一組數據的研究--這意味著對背景數據的深入挖掘可以提供更有力的證據，并為今后的更多發現鋪平道路。

正如Ajello所說，這一新的中微子線索 “使我們在解決宇宙射線起源這一世紀之謎方面向前邁進了一步”。