幽灵粒子破纪录，宇宙法医寻源头耀变体群能否解开谜团

黑洞吞噬，耀变体喷射，史上最强“幽灵粒子”从何而来?

大多数强劲的’幽灵粒子’可能来自于被一个黑洞滋养的宇宙微粒催化剂

“我们从来没有观测到具有如此高能量的中微子，如果事实证明该中微子就像耀变体一样来自于宇宙微粒加速器，将会使我们以新的视野来进入这些物体如何在超出我们期望的高能状态下释放粒子。”

黑动驱动的耀变体正在向地球发射强劲的幽灵微粒（图源：罗伯特·利（用Canva创作））

2023年，科学家在地中海发现了一个具有极高能量且影响地球的的“幽灵微粒”或者叫中微子，可能是由正在吞噬物质的黑洞引擎驱动的耀变体射向地球的。

耀变体是一种类星体，起源于一个寄居着正在滋养超大质量黑洞的星系核心并且释放强大的辐射气体。耀变体不同于“一般的”类星体，因为它们的朝向使得其释放出的能量、粒子和等离子流直接指向地球。

这个中微子的能量是以往探测出的最强中微子能量的30倍还多。其于2023年2月13日以接近光速的速度到达地球，是由位于地中海海底11300英尺（3450米）深处的立方千米中微子望远镜（KM3NeT）在探测单个μ子（一个亚原子粒子）时发现的。耀变体最初被认为是该类粒子的来源，但是科学团队主动确认了一些特定类型的超大质量黑洞驱动事件是更为可能的起源。

来自于KM3Ne合作的团队成员梅里姆·本达曼在一次声明中说“以下是几种对这些粒子起源的可能解释。例如，有观点认为超高能宇宙射线与宇宙微波背景辐射（CMB，早期宇宙中残留的光）相互作用时会产生此类中微子。此外也有可能来源于一系列极端加速器，如耀变体，引起的扩散通量。”

一个高能量的‘幽灵’

中微子的外号“幽灵粒子”，来自于其没有电荷并且看上去是无质量的，意味着它们穿过物质时几乎没有或完全没有相互作用。事实上就在你阅读上句时，100万亿中微子已经以接近光速的速度穿过了你的身体。如此使得中微子的检测非常困难，即使像这个中微子一样能量高达2200亿电子伏特。

相比之下，这相当于地球最大粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）所能达到能量的3万倍。事实上，将一个粒子加速到具有如此多的能量，LHC必须从17英里（27公里）扩大长度到约25000英里（40000公里），这是整个地球的周长。

该粒子和地球上乒乓球能量的比较（图源：罗伯特·利（用Canva创作））

这个团队开始像宇宙法医侦探一样寻找该高能量中微子可能地起源，将对粒子的检测以犯罪现场分类，寻找指向罪犯的可能线索。

第一个被研究人员发现的线索是来自于中微子起源的宇宙区域，无线电、光、X射线或伽马射线中缺少电磁辐射信号。如果粒子是在一次爆炸事件（如恒星耀斑或超新星爆发）中释放出来的，那么他们理应能观测到。

本达曼说：“不完全排除点状源的可能，但是它是我们注意到我们的中微子可能来自于一个弥漫的背景，就是来自于多个不断变化的中微子流。”

来源类似耀变体驱动的黑洞群体

本达曼通过考虑电磁场强度和释放辐射的范围之类的特征模拟了一些耀变体。该模拟使得他们调整两个重要参数：质子与电子携带能量的比较（质子负载），能量如何围绕质子分布以及粒子如何可能跃迁到超高能量。第二个参数决定了多少中微子可以被创造出来，中微子通量（流的强度）。

研究者开发的模型不得不考虑到KM3NeT（位于西西里海岸，仍在建）及其他设施，如位于南极洲的冰立方体中微子观测站，没有探测到类似高能的中微子。意味着任何高能中微子的诞生一定相对稀少。

此外，由于中微子的诞生伴随着伽马射线的释放，该模型必须确定在高能中微子的诞生中耀变体没有释放足够的伽马射线去超过由费米太空望远镜观测到的系外射线背景。

耀变体加速质子产生介子，中子和伽马射线（图源：冰立方/NASA）

本达曼说：“我们建模了一些具有物理驱动参数的耀变体，我们发现这些耀变体可以解释及高能量事件的来源，同时与我们观测到的伽马射线和中微子的限制条件保持一致。”

尽管团队的发现确实表明是耀变体导致的高能中微子，但事情还尚未结束。

本达曼说：“我们需要更多的观测数据，我们从来没有观测到具有如此高能量的中微子，如果事实证明该中微子就像耀变体一样来自于宇宙微粒加速器，将会使我们以新的视野来进入这些物体如何在超出我们期望的高能状态下释放粒子。”

团队的发现发表在宇宙学与天体粒子物理杂志（JCAP）上。

BY:Robert Lea

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：https://www.space.com/astronomy/black-holes/most-powerful-ghost-particle-ever-may-have-come-from-a-cosmic-particle-accelerator-fed-by-a-black-hole

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