幽灵般的粒子可以追溯到切碎的恒星，揭示了巨大的宇宙粒子加速器

从黑洞到南极：科学家从潮汐破坏事件中识别出第一个中微子。

科学家将一个幽灵般的粒子追踪到一颗切碎的恒星，发现了一个巨大的宇宙粒子加速器。在被注定的恒星太靠近其母星系中心的超大质量黑洞并被黑洞巨大的引力撕开之后，被称为中微子的亚原子粒子被抛向地球。

这是第一个可以追溯到这样的潮汐破坏事件（TDE）的粒子，并且提供了证据，证明这些鲜为人知的宇宙灾难可以是强大的天然粒子加速器，正如由DESY科学家Robert Stein领导的研究小组在自然这些观测结果还展示了通过结合不同的“信使”，例如光子（光的粒子）和中微子（也称为多信使天文学）来探索宇宙的力量。

中微子大约在7亿年前开始了它的旅程，大约是在地球上出现第一批动物的时候。那是粒子从德尔福星（海豚）星座中的遥远，未命名的星系（目录号为2MASX J20570298 + 1412165）到达地球所需的传播时间。科学家估计，巨大的黑洞多达3000万个太阳。

“越靠近某物，重力越强。这意味着黑洞的引力比恒星的远侧更强地牵引恒星的近侧，从而产生拉伸效果。” Stein解释说。“这种差异称为潮汐力，随着恒星越来越近，这种拉伸变得更加极端。最终，它使恒星裂开，然后我们将其称为潮汐破坏事件。这是导致地球上的海洋潮汐的过程，但幸运的是，对我们而言，月球的拉力不足以粉碎地球。”

围绕超大质量黑洞的吸积盘的视图，喷射状结构从盘上流走。黑洞的极端质量会弯曲时空，从而使吸积盘的远侧被视为黑洞上方和下方的图像。

大约一半的恒星碎片被抛入太空，而另一半则落在黑洞周围的旋转盘上。这种“吸积盘”有点类似于浴缸下水道上方的水涡。在陷入遗忘之前，来自吸积盘的物质变得越来越热，闪闪发亮。最早在2019年4月9日，加利福尼亚州帕洛玛尔山的Zwicky瞬变设施（ZTF）探测到了这种辉光。

半年后，即2019年10月1日，南极的IceCube中微子探测器从潮汐破坏事件的方向发现了一个极高能的中微子。DESY的合著者Anna Franckowiak说：“它以100兆太伏特伏特的惊人能量砸入了南极冰中，”他现在是波鸿大学（University of Bochum）的教授。“相比之下，这至少是世界上最强大的粒子加速器-位于日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室CERN的大型强子对撞机所能达到的最大粒子能量的十倍。”

以下由美国宇航局（自然天文学工作的研究合作伙伴）制作的视频更加详细地描述了这些发现（视频来源：美国国家航空航天局（NASA）的戈达德太空飞行中心）。

极轻巧

极轻量的中微子几乎不会与任何物体发生相互作用，它们不仅可以穿过墙壁，而且可以穿过整个行星或恒星，而不会被注意到，因此通常被称为“幽灵粒子”。因此，即使仅捕获一个高能中微子也已是一个了不起的发现。分析表明，这种特殊的中微子与TDE的巧合只有500的几分之一。这种探测促使人们用电磁波频谱上的许多仪器（从无线电波到X射线）对事件进行进一步观察。

“这是与潮汐破坏事件有关的第一个中微子，它为我们带来了宝贵的证据，” Stein解释说。“潮汐破坏事件尚未得到很好的理解。中微子的探测表明在吸积盘附近存在一个强大的中央发动机，喷出了快速粒子。对射电，光学和紫外线望远镜数据的综合分析为我们提供了更多证据，证明TDE可以充当巨大的粒子加速器。”

最好的解释是用快速喷射出的大量能量从系统中喷射出来的，这是由中央发动机产生的，持续了数百天。这也是解释观测数据所需要的，正如DESY理论天体物理学小组负责人Walter Winter和他的同事理论家来自亚利桑那州立大学的塞西莉亚·卢纳迪尼（Cecilia Lunardini）在同一期自然天文学。“中微子出现的时间相对较晚，是在星空盛宴开始后的半年。我们的模型很自然地解释了这种时机，”温特说。

宇宙加速器喷出不同类型的粒子，但是除了中微子和光子之外，这些粒子还带有电荷，因此在行进过程中会受到星际磁场的偏转。只有电中性中微子才能像光一样从源头朝着地球直线传播，因此成为此类系统的宝贵信使。

DESY中微子天文学负责人，柏林洪堡大学教授Marek Kowalski说：“这些综合的观察证明了多信使天文学的力量。”“如果没有检测到潮汐破坏事件，中微子将只是其中之一。如果没有中微子，那么对潮汐破坏事件的观察将只是其中之一。只有通过这种结合，我们才能找到加速器，并了解有关内部流程的新知识。”高能中微子与潮汐破坏事件之间的联系是通过称为AMPEL的复杂软件包发现的，该软件包专门由DESY开发，用于搜索IceCube中微子与Zwicky瞬变设施检测到的天体物体之间的相关性。

冰山一角？

Zwicky瞬变设施旨在一次捕获数十万个恒星和星系，并且可以特别快速地观测夜空。它的核心是直径1.3 m的塞缪尔·奥斯钦望远镜。凭借其广阔的视野，ZTF可以在三夜之内扫描整个天空，发现的可变和瞬变物体比之前的任何其他光学勘测都要多。该研究的共同作者莱顿天文台的乔尔特·范·维尔曾说：“自2018年开始以来，我们迄今已检测到超过30次潮汐破坏事件，是已知此类物体数量的两倍以上。”“当我们意识到我们观察到的第二个最明亮的时空偏航源是IceCube记录的高能中微子的来源时，我们感到非常兴奋。”

“我们可能只在这里看到冰山一角。威斯康星大学麦迪逊分校教授，IceCube首席研究员弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen）说，他并没有直接参与这项研究。“正在建造新一代的望远镜，它将对TDE和其他潜在的中微子源提供更高的灵敏度。IceCube中微子探测器的计划扩展甚至更加必要，这将使宇宙中微子探测的数量增加至少十倍。”这个TDE标志着第二次，高能宇宙中微子可以追溯到它的源头。2018年，一次多信使运动提出了一个活跃的星系，即Blazar TXS 0506 + 056，这是IceCube在2017年记录的有史以来第一个确定的高能中微子源。

在超大质量的黑洞将恒星撕裂之后，大约一半的恒星碎片被抛回太空，而其余的则在黑洞周围形成了一个发光的吸积盘。该系统在许多波长上都发出明亮的光芒，并据认为已产生了垂直于吸积盘的充满活力的喷射状流出物。吸积盘附近的中央强大引擎喷出了这些快速的亚原子粒子。

阅读有关黑洞切碎的恒星中的幽灵粒子揭示了宇宙粒子加速器的更多信息。

参考：

Robert Stein，Sjoert van Velzen，Marek Kowalski，Anna Franckowiak，Suvi Gezari，James CA Miller-Jones，Sara Frederick，Itai Sfaradi，Michael F. Bietenholz，Assaf Horesh，“ Rob Fender，Simone Garrappa，TomásAhumada，Igor Andreoni，Justin Belicki，Eric C.Bellm，MarkusBöttcher，Valery Brinnel，Rick Burruss，S.Bradley Cenko，Michael W.Coughlin，Virginia Cunningham，Andrew Drake，Glennys R.Farrar Michael Feeney，Ryan J.Foley，Avishay Gal-Yam，V.Zach Golkhou，Ariel Goobar，Matthew J.Graham，Eri​​ca Hammerstein，George Helou，Tiara Hung，Mansi M.Kasliwal，Charles D.Kilpatrick，Albert KH Kong，Thomas库珀（Kupfer），拉斯·拉赫（Russ R.Laher），艾希什·A·马哈巴尔（Ashish A.Mahabal），弗兰克·J·马西（Frank J.Masci），詹妮斯·内克（Jannis Necker），雅各布·诺丁（Jakob Nordin），丹尼尔·佩里（Daniel A. Leo P. Singer，Jesper Sollerman，Maayane T.Soumagnac，Daniel Stern，Kirsty Taggart，Jakob van Santen，夏洛特Ward，Patrick Woudt和Yuhan Yao，2021年2月22日，自然天文学。
10.1038 / s41550-020-01295-8

沃尔特·温特（Walter Winter）和塞西莉亚·卢纳迪尼（Cecilia Lunardini）于2021年2月22日在《自然天文学》杂志上发表的“潮汐破坏事件中观察到的中微子的一致情景”。
10.1038 / s41550-021-01305-3

IceCube Neutrino天文台是美国国家科学基金会的设施，在美国南极计划下的Amundsen-Scott南极站运行。除了IceCube和ZTF之外，还有光谱能量分配机（SEDM），帕洛玛200英寸海尔望远镜（P200），利物浦望远镜（LT），美国国家航空航天局的尼尔·盖勒斯斯威夫特天文台，洛厄尔发现望远镜，里克天文台Shane望远镜，凯克望远镜， ESA的X射线多镜任务（XMM-Newton），Karl G. Jansky超大型阵列（VLA），AMI大阵列（AMI-LA），MeerKAT和NASA的费米大面积望远镜（Fermi-LAT）提供了观测数据。为研究。