這些特大質量黑洞噴流可能會給地球帶來“幽靈粒子”

“幽靈粒子”瞄準地球？耀斑活動才是開關？

這些特大質量黑洞[2]噴流可能會給地球帶來“幽靈粒子”引力俘獲活躍的特大質量黑洞可能會向我們的星球持續噴擲一種被稱之為中微子的奇怪粒子

圖示：一個特大質量黑洞為動力的耀變體[2]正向地球噴射強粒子氣流

圖片來源：航空航天局（NASA）/戈達德太空飛行中心概念圖像實驗室

耀變體是一種不斷進行引力捕獲的特大質量黑洞，它們通常位于活躍星系的核心位置，并不斷向外噴射巨量的輻射和物質噴流。但是與它的宇宙孿生兄弟類星體不同，耀變體的噴射直指地球。

根據最新研究，耀變體們可能正在用所謂的“幽靈粒子”——中微子襲擊我們的地球。

“幽靈粒子”這一怪異綽號源于中微子一向的難以探測。中微子不帶電荷，也幾乎沒有質量。對人類而言，每秒鐘大約會有650億個中微子穿過身體的每平方英寸，但這對人體不會產生任何明顯影響。

因此中微子被認為是縈繞在粒子動物園的“幽靈”并不奇怪。然而有趣的是，中微子幽靈般的特性也使它們成為宇宙內的重要探測器。這是因為中微子可以利用"相位"的方式穿過障礙物，比如濃密的塵云，而通常這些障礙物會阻礙其他形式的物質甚至光線穿過。

因此，了解宇宙中的中微子到底是從哪兒來的至關重要。這項新研究也幫助科學家們更進一步地確定耀變體是這種幽靈的來源。

伽馬射線的來源

耀變體是是明亮的活動星系核（AGNs）或 "類星體 "的一個分支，它們亮度極高，即使與星系中所有恒星的亮度總和相比也足夠閃耀。但是與標準類星體不同的是，當耀變體以近光速從核心向外發射物質時，我們的地球總是它們緊緊不放的目標。

在耀斑活動中發射出的噴流由高能粒子組成，這些粒子流有一個耳熟能詳的名字：宇宙射線。它們橫跨許多光年，距離甚至遠超現象發生所在星系的極限。這些噴流的電磁輻射能量范圍更是涵蓋從低能量無線電波到超高能量伽馬射線。

更重要的是，我們認為當宇宙射線與光粒子（即光子）相互作用時，中微子就會產生。因此長期以來，活動星系核（AGNs）的伽馬射線耀斑是我們在天空中探測中微子粒子時首要監測目標。

2017年，埋藏在北極地下深處的冰立方中微子探測器監測到了一次高能中微子活動，而此時恰恰有一顆名為TXS 0506+056的耀變體發生了耀斑活動。這個同時事件一定程度上讓活動星系核噴流（AGNs）與中微子之間本不顯眼的時空聯系得到證實：TXS 0506+056來自一個由特大質量黑洞驅動的活動星系核，距離地球約57億光年。

盡管如此，耀斑活躍的機制與通過地球的中微子數量（即中微子通量）之間的具體關系仍然是個謎。

“值班”的伽馬射線轟擊耀變體

為了解開謎團，一個國際科學研究組織決定深入觀測TXS 0506+056以及其他144顆從費米伽瑪射線太空望遠鏡[1]監測源清單選取的耀變體。

通過持續深入的監測，科學家們能夠計算出與耀變體有關的伽馬射線的每周通量，并同時繪制出這種高能活動的光變曲線。研究人員隨后提出了 "耀斑占空比"[4]概念，它可以顯示出耀變體處于耀斑狀態的時間長短，以及這種耀斑狀態在光曲線上所占的能量大小。

“我們發現，我們的樣本中耀斑占空比和能量分數都較低的耀變體數量比較多。它們的耀斑占空比和能量分數呈現出類似冪律的分布（兩個量之間的一種關系，其中一個量的變化導致另一個量的變化，這種變化與變化的冪次成正比，與兩個量的初始大小無關），并且相互之間有很強的相關性?！?團隊成員、芝浦技術研究所研究員吉田健治在一份聲明中提到，“我們發現，在5%的顯著水平上，耀斑亞類之間的耀斑占空比存在顯著差異?！?/p>

研究組對每個伽馬射線耀斑的中微子通量進行了統計評估，并在耀變體處于相對非活躍時期的伽馬射線通量基礎上建立了一種比例關系。通過比較每一個耀變體一周的中微子預測量和冰立方探測器周期為10年的靈敏度變化，科學家們能夠確定耀斑對中微子通量貢獻的上限。

吉田總結說："我們希望這項研究有助于提高我們在耀變體對天體物理中微子影響方面的認識。如果能將現在的方法應用在進一步研究中，或許能幫助我們深化對天體物理中微子起源的認識?！?/p>

該組研究在九月見刊于《天體物理學》

BY:Robert Lea

FY:清水魚

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來源: 天文在線