天文学重大突破！南极探测到地球37亿光年外的黑洞微中子

去年9月22日， 位于南極IceCube實驗室測量到神秘粒子高速沖向地球。 這種神秘粒子是微中子——是已知最質量最小的粒子， 為地球37億光年外一個超大黑洞所發射的微中子。 此發現已刊于《科學》雜志上， 這項發現或有助科學家了解宇宙起源。

IceCube實驗室

今次測量到微中子的探測器位于南極的IceCube實驗室。 實驗室由全球12個國家、300位科學家共同營運， 但目前只有兩位科學家留守當地。 實驗室下1.5公里的探測器由超過5,000個極敏感的光電倍增管組成， 范圍約一立方公里。 當微中子在極罕有情況下擊中冰層的原子核時， 輻射(Cherenkovradiation)將會釋出，

并因在冰層影響下， 產生出藍光， 而冰層內的光電倍增管就可錄得相關信號。

IceCube實驗室及地底下的測量儀器

探測器在去年感應到微中子后， 即時通知不同科研隊伍的天文人造衛星。 今次錄得的粒子能量極大， 相信達300兆電子伏特(TrillionElectronVolts)， 能量足足比歐洲粒子加速器產生多能量多50倍。 本身要測量微中子已非易事， 而且費米伽瑪射線太空望遠鏡(FermiGamma-raySpaceTelescope)也剛好錄到相關活動， 令科學家得知微中子行走的方向。 IceCube研究人員推算， 微中子可能是由被昵稱為德薩斯源(TexasSource)的星系而來。 研究人員再翻查數據， 同一區域在2014和2015年期間， 也曾測量過微中子爆發(neutrinoburst)。

地球約20個太空觀測站進行跟蹤觀測

廣島大學天體物理學家YasuyukiTanaka在6天后， 也發現獵戶座一個星系內的黑洞會釋出高能量粒子。

這個黑洞中在數十年前已被天文學家發現， 但由于其活動量相對少， 科學家一直都認為它有點“無聊”。 不過， 今次的微中子發現令研究人員不能再忽視此黑洞。 負責費米伽瑪射線空間望遠鏡的NASA天體物理學家RoopeshOjha接收到IceCube信號后， 覺得“事有蹊蹺”。 隨即以望遠鏡繼續追蹤微中子源， 并觀察到一個被命為為TXS0506+056的耀變體(Blazar)曾釋出高能量伽瑪射線。 與此同時， 他的同事也以光學測量， 發現到此黑洞也在釋出可見光。

另一邊廂， 位于加納利群島的Magic天文望遠鏡， 也在數天后測量到類似結果。 最終共有18組天文望遠鏡錄到此現象， 確認微中子可追溯到耀變體TXS0506+056。

什么是耀變體(Blazar)？

耀變體是指向地球、位處星系中央的高密度能量源。

這類黑洞的吸收率極大， 同時會對外釋出高能量粒子和微中子。 這類高能量宇宙射線還包括質子(proton)和其他帶子粒子。 不過這類粒子都帶有電荷， 會被星際磁場影響， 所以一般都難以讓科學家追蹤源頭。 布滿宇宙間的微中子則沒有這個問題， 它們沒有電荷， 不會被磁場影響軌道， 且只能以重力和另一種基本力——弱相互作用(weaknuclearforce)與其他物質互動。 因此， 微中子成為讓科學家了解宇宙射線的重要線索。

耀變體意想圖

發現本身更可謂是對于了解宇宙和物理學的重要一步。

微中子是宇宙中最隱秘的暗物質， 不帶電荷， 絕少與其他物質互動及極微小， 可輕易穿透物質而不會偏離路線。 其實每秒鐘都有過千億粒微中子穿透我們的身體，

大部分來自太陽或大氣層。

由于科學家一般認為組成高能量宇宙射線的質子和重原子核有機會與微中子出現的方法相似， 發現或能幫助科學家了解它們是否依靠中子星并合， 或者是由磁星(Magnetars)產生形成。 除此以外， 今次發現也有助計算微中子質量、嘗試找出假說中存在的惰性微中子(SterileNeutrino)， 甚至測量暗物質等， 這或是觀察宇宙的全新方法， 絕對是新型天文學的黎明。

（編譯來源 澳大利亞ABC）