幽灵中微子与耀斑活动有什么关系？幽灵粒子如何监测？

这些特大质量黑洞喷流可能会给地球带来“幽灵粒子”

“幽灵粒子”瞄准地球？耀斑活动才是开关？

这些特大质量黑洞[2]喷流可能会给地球带来“幽灵粒子”引力俘获活跃的特大质量黑洞可能会向我们的星球持续喷掷一种被称之为中微子的奇怪粒子

图示：一个特大质量黑洞为动力的耀变体[2]正向地球喷射强粒子气流

图片来源：航空航天局（NASA）/戈达德太空飞行中心概念图像实验室

耀变体是一种不断进行引力捕获的特大质量黑洞，它们通常位于活跃星系的核心位置，并不断向外喷射巨量的辐射和物质喷流。但是与它的宇宙孪生兄弟类星体不同，耀变体的喷射直指地球。

根据最新研究，耀变体们可能正在用所谓的“幽灵粒子”——中微子袭击我们的地球。

“幽灵粒子”这一怪异绰号源于中微子一向的难以探测。中微子不带电荷，也几乎没有质量。对人类而言，每秒钟大约会有650亿个中微子穿过身体的每平方英寸，但这对人体不会产生任何明显影响。

因此中微子被认为是萦绕在粒子动物园的“幽灵”并不奇怪。然而有趣的是，中微子幽灵般的特性也使它们成为宇宙内的重要探测器。这是因为中微子可以利用"相位"的方式穿过障碍物，比如浓密的尘云，而通常这些障碍物会阻碍其他形式的物质甚至光线穿过。

因此，了解宇宙中的中微子到底是从哪儿来的至关重要。这项新研究也帮助科学家们更进一步地确定耀变体是这种幽灵的来源。

伽马射线的来源

耀变体是是明亮的活动星系核（AGNs）或 "类星体 "的一个分支，它们亮度极高，即使与星系中所有恒星的亮度总和相比也足够闪耀。但是与标准类星体不同的是，当耀变体以近光速从核心向外发射物质时，我们的地球总是它们紧紧不放的目标。

在耀斑活动中发射出的喷流由高能粒子组成，这些粒子流有一个耳熟能详的名字：宇宙射线。它们横跨许多光年，距离甚至远超现象发生所在星系的极限。这些喷流的电磁辐射能量范围更是涵盖从低能量无线电波到超高能量伽马射线。

更重要的是，我们认为当宇宙射线与光粒子（即光子）相互作用时，中微子就会产生。因此长期以来，活动星系核（AGNs）的伽马射线耀斑是我们在天空中探测中微子粒子时首要监测目标。

2017年，埋藏在北极地下深处的冰立方中微子探测器监测到了一次高能中微子活动，而此时恰恰有一颗名为TXS 0506+056的耀变体发生了耀斑活动。这个同时事件一定程度上让活动星系核喷流（AGNs）与中微子之间本不显眼的时空联系得到证实：TXS 0506+056来自一个由特大质量黑洞驱动的活动星系核，距离地球约57亿光年。

尽管如此，耀斑活跃的机制与通过地球的中微子数量（即中微子通量）之间的具体关系仍然是个谜。

“值班”的伽马射线轰击耀变体

为了解开谜团，一个国际科学研究组织决定深入观测TXS 0506+056以及其他144颗从费米伽玛射线太空望远镜[1]监测源清单选取的耀变体。

通过持续深入的监测，科学家们能够计算出与耀变体有关的伽马射线的每周通量，并同时绘制出这种高能活动的光变曲线。研究人员随后提出了 "耀斑占空比"[4]概念，它可以显示出耀变体处于耀斑状态的时间长短，以及这种耀斑状态在光曲线上所占的能量大小。

“我们发现，我们的样本中耀斑占空比和能量分数都较低的耀变体数量比较多。它们的耀斑占空比和能量分数呈现出类似幂律的分布（两个量之间的一种关系，其中一个量的变化导致另一个量的变化，这种变化与变化的幂次成正比，与两个量的初始大小无关），并且相互之间有很强的相关性。” 团队成员、芝浦技术研究所研究员吉田健治在一份声明中提到，“我们发现，在5%的显著水平上，耀斑亚类之间的耀斑占空比存在显著差异。”

研究组对每个伽马射线耀斑的中微子通量进行了统计评估，并在耀变体处于相对非活跃时期的伽马射线通量基础上建立了一种比例关系。通过比较每一个耀变体一周的中微子预测量和冰立方探测器周期为10年的灵敏度变化，科学家们能够确定耀斑对中微子通量贡献的上限。

吉田总结说："我们希望这项研究有助于提高我们在耀变体对天体物理中微子影响方面的认识。如果能将现在的方法应用在进一步研究中，或许能帮助我们深化对天体物理中微子起源的认识。”

该组研究在九月见刊于《天体物理学》

BY:Robert Lea

FY:清水鱼

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