在遥远的宇宙对撞机中产生的中微子

时间:2019-11-22 13:28 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

在遥远的宇宙对撞机中产生的中微子


  tx 0506 + 056。中微子事件IceCube 170922A似乎起源于两架喷射机的相互作用区。信贷:©冰立方协作,s . Britzen莫哈韦& m . Zajaček

  冰立方中微子事件和遥远的无线电星系之间的联系解决了

  在南极冰立方中微子天文台探测到的“冰立方170922A”中微子事件,似乎来自遥远的活动星系TXS 0506+056,光旅行距离为38亿光年。TXS 0506+056是众多活跃星系之一,至今仍是一个谜,为什么以及如何只有这个特定的星系产生中微子。

  由德国波恩的马克斯普朗克射电天文研究所的西尔克·布里岑领导的一个国际研究小组,研究了2009年至2018年期间,中微子事件前后的高分辨率射电观测结果。该团队提出,在早期的中微子耀斑中,中微子活动的增强和单个中微子可能是由TXS 0506+056内的宇宙碰撞产生的。在超大质量黑洞附近喷射物质的碰撞似乎产生了中微子。

  研究结果发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

  2018年7月12日,冰立方合作组织宣布发现了第一个高能中微子——冰立方170922a,它可以追溯到遥远的宇宙起源。虽然中微子的宇宙起源已经被怀疑了很长一段时间,但这是第一个来自外太空的中微子的起源可以得到证实。中微子的“家”是一个活动星系核(AGN)——一个以超大质量黑洞为中心引擎的星系。一个国际团队现在可以澄清中微子的产生机制,并发现了一个相当于地球上的对撞机:喷射物质的宇宙碰撞。

  AGN是宇宙中能量最大的天体。在超大质量黑洞的驱动下,物质被吸积,等离子流(所谓的喷流)被发射到星系间空间。BL Lac天体形成了一类特殊的AGN,其中射流直接指向我们,并支配着观测到的辐射。中微子事件IceCube-170922A似乎起源于BL Lac天体TXS 0506+056,一个红移z=0.34的星系,相当于38亿光年的光程。冰立方合作机构对冰立方档案数据的分析显示,早在2014年9月至2015年3月期间,中微子的活性就有所增强。

  其他BL Lac对象显示的属性与TXS 0506+056非常相似。“然而,为什么只有TXS 0506+056被确定为中微子发射器,这有点神秘,”来自马克斯·普朗克射电天文学研究所(MPIfR)的西尔克·布里岑解释说,他是这篇论文的第一作者。“我们想弄清楚TXS 0506+056的特别之处,了解中微子的产生过程,确定发射地点,并研究了一系列关于该喷射的高分辨率无线电图像。”

  令他们非常惊讶的是,研究人员在TXS 0506+056中发现了一种意想不到的相互作用。射流等离子体通常被认为是在一种通道中不受干扰地流动,但在TXS 0506+056中情况似乎有所不同。该团队提出,2014-2015年中微子耀斑期间的中微子活动增强,以及单个EHE中微子IceCube-170922A可能是由源内的宇宙碰撞产生的。

  这种宇宙碰撞可以用新喷射物质撞击旧喷射物质来解释。强弯曲射流结构为这种情况提供了合适的设置。另一种解释涉及到同一来源的两股喷射流的碰撞。在这两种情况下,都是喷射物质的碰撞产生了中微子。Markus Bottcher来自Potchefstroom(南非)的西北大学,是这篇论文的合著者,他进行了关于辐射和粒子发射的计算。“这种喷射物质的碰撞是目前唯一可行的机制,可以解释从这个来源探测到中微子。它还为我们提供了对射流材料的重要见解,并解决了一个长期存在的问题,即射流是由电子和正电子组成的轻子,还是由电子和质子组成的强子,或两者的组合。至少喷射材料的一部分必须是强子的,否则我们就不会探测到中微子了。”

  在宇宙演化的过程中,星系的碰撞似乎是一种常见的现象。假设两个星系的中心都有超大质量黑洞,星系碰撞会在中心产生一对黑洞。这对黑洞最终可能合并并产生超大质量的黑洞,就像LIGO/Virgo合作项目在引力波中探测到的那样。

  多年来,人们一直在研究双黑洞的AGN,它们之间只有几光年的距离。然而,它们似乎很罕见,很难识别。除了喷射物质的碰撞,研究小组还发现了TXS 0506+056中心喷射进动的证据。根据米甲Zajaček理论物理中心的华沙:“这岁差一般可以解释为一个超大质量黑洞的存在二进制或Lense-Thirring进动效应是爱因斯坦的广义相对论所预测的。后者也可能是由位于中心更远处的第二个黑洞触发的。两种情况都会导致我们观察到的射流方向的漂移。”

  来自海德堡马克斯·普朗克天文研究所的克里斯蒂安·芬迪对此感到惊讶:“我们越是仔细观察喷流源,内部结构和喷流动力学就越复杂。虽然双黑洞会产生更复杂的外流结构,但从星系合并形成的宇宙学模型来看,它们的存在是很自然的。”

  Silke Britzen强调了这些发现的科学潜力:“通过研究喷射流的内部来理解中微子的产生是很奇妙的。如果我们的分析能提供另一种有两个喷流的黑洞源,那将是一个突破。”

  这似乎是第一次报道两个喷射流在几光年范围内的潜在碰撞,并且发现一个宇宙中微子可以追溯到宇宙喷射流碰撞。

  虽然TXS 0506+056可能不能代表BL Lac对象的类别,但这个源可以为喷射物质的重复相互作用和中微子的产生提供适当的设置。

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