坠入地球南极洲的“幽灵粒子”可能会解开
【菜科解读】
据cnBeta：CNET报道，宇宙射线诞生于深空的“摇篮”，以近乎光速的速度射出，其能量比世界上最强大的粒子加速器所获得的能量大一百万倍，是无情地降落在地球上的原子碎片。
它们被卷入我们的大气层，扰乱了我们的卫星。
它们威胁着生活在轨道上的宇航员的健康，即使数量稀少也是如此。
然而是什么样的极端宇宙“工厂”能制造这样的东西？这个问题已经困扰了科学家一个多世纪了。
但是周四在《科学》杂志上，天体物理学家宣布他们可能已经发现了一条重要的线索，可以把宇宙射线的起源故事拼凑起来。
简而言之，他们认为宇宙射线来自于炽热星体，即拥有巨大黑洞的星系，其高能射流指向地球--射流如此强烈，甚至比周围整个星系区域都要强大。
这是一种人们可能期望激烈的粒子产生的现象。
威斯康星大学麦迪逊分校物理学教授、冰立方中微子天文台首席科学家Francis Halzen在一份声明中说：“这当然意味着我们正坐在黑洞向我们喷出的粒子束中。
”他没有参与这项新研究。
一个秘密的中微子“密码”
基本上，新研究的团队使用了推理的艺术来弄清楚这些奇怪的原子碎片来自哪里。
首先，他们追踪了一种叫做中微子的宇宙射线分支。
中微子被称为“幽灵粒子”，它本身就是一个巨大的谜团。
它们是如此躲避，几乎不与任何东西发生相互作用，但却有力地轰击着整个宇宙。
当它们旅行时，中微子甚至不接触生命中最微小的构件--原子--这意味着数以万亿计的中微子实际上现在就在你的原子中飞驰着。
你只是不知道而已。
然而，具体到宇宙射线，中微子被认为是在这些令人困惑的粒子寿命的某个地方开始的。
可以说，它们的遗产是相互关联的。
因此，研究小组意识到，如果我们能够了解天体物理学中微子的来源，我们就会对宇宙射线的来源有一个可靠的想法。
把中微子想象成小的阴暗的“信使”，告诉我们它们的宇宙射线来源在哪里。
有趣的是，这些"粒子信使"正在催生一个全新的天文学领域，即多信使天文学。
与其仅仅依靠光来解码宇宙--例如美国宇航局卓越的詹姆斯-韦伯太空望远镜背后的驱动力--科学家可以调用难以捉摸的粒子，甚至是引力波，来剖析空间现象的来龙去脉。
“这就像同时感受、听到和看到。
你会得到一个更好的理解，”克莱姆森大学物理学和天文学副教授、该研究的作者Marco Ajello在一份声明中说。
“在天体物理学中也是如此，因为你从不同信使的多次探测中获得的洞察力比你只从光中获得的要详细得多。
”
从南极内部进行搜索
因此，专注于多信使天文学，为了弄清事情的真相，科学家们首先分析了他们所谓的为搜索而优化的"最大的可用中微子数据集"，该数据集是从冰立方中微子天文台收集的，这是一个深埋在南极的科学基地。
2017年，这个天文台检测到一个中微子，后来被追踪到一个名为TXS 0506+056的炽热星体。
但是对于这些炽热星体是否真的是制造宇宙射线的天然粒子加速器，仍然存在争议。
例如，其他专家认为，宇宙射线是在太空中碰撞的星尘，是照亮宇宙的暴力超新星的产物。
尽管这种争论应该被平息，根据新的研究团队，因为它将冰立方的发现与炽热星的目录--确切地说，是PeVatron炽热星，它将粒子加速到至少10^15电子伏特--进行交叉检查，并获得了两者纠缠在一起的有力证据。
研究作者写道：“在这项工作中，我们表明，炽热星与高能天体物理中微子有明确的联系，菜叶说说，置信度达到了前所未有的水平。
”
“我们当时（在2017年）有一个暗示，现在我们有了证据，”Ajello说。
研究报告的共同作者，来自德国Julius-Maximilians-Universitt的Sara Buson在一份声明中说：“这些结果首次提供了无可争议的观测证据，表明PeVatron炽热星的子样本是银河系外中微子源，因此是宇宙射线加速器。
”
重要的是，Buson还指出，这些结果只是来自于对冰立方中微子数据“最有希望的”一组数据的研究--这意味着对背景数据的深入挖掘可以提供更有力的证据，并为今后的更多发现铺平道路。
正如Ajello所说，这一新的中微子线索 “使我们在解决宇宙射线起源这一世纪之谜方面向前迈进了一步”。
“幽灵粒子”成为焦点：科学家对中微子的质量设定了上限
这些幽灵般的粒子是我们理解宇宙的基础。
但是它们非常小——小到科学家们一度认为它们根本没有质量。
然而，中微子确实有质量，物理学家现在已经设法给它设定了一个新的上限：0.8 电子伏特或 eV。
（电子伏特在技术上是能量的量度，但质量和能量是等价的，如爱因斯坦最著名的方程 E=mc^2 所示。
）
来自黑洞喷流的x射线发射出人意料地变化，挑战了粒子加速的主导模型
信用:Pixabay/CC0公共领域（神秘的地球uux.cn）据马里兰大学巴尔的摩分校：研究人员直到最近才发现黑洞喷流发出X射线，喷流如何将粒子加速到这种高能状态仍然是个谜。
《自然·天文学》上令人惊讶的新发现似乎排除了一个领先的理论，为重新想象粒子加速在喷流中的工作方式打开了大门——也可能在宇宙的其他地方。
一个关于喷流如何产生X射线的领先模型预计喷流的X射线发射将在长时间尺度(数百万年)内保持稳定。
然而，这篇新论文发现，具有统计学意义的大量喷流的X射线辐射在短短几年内发生了变化。
“我们对可变性感到兴奋的原因之一是，在这些喷流中有两种主要的X射线产生模型，它们完全不同，”主要作者，巴尔的摩县马里兰大学的天文学家艾琳·迈耶解释说。
“一个模型调用能量非常低的电子，一个模型调用能量非常高的电子。
其中一个模型与任何一种可变性都完全不相容。
”在这项研究中，作者分析了钱德拉X射线天文台的档案数据，这是目前分辨率最高的X射线天文台。
研究小组观察了钱德拉多次观察的几乎所有黑洞喷流，在53个喷流中有155个独特的区域。
迈耶说，在如此短的时间尺度上发现相对频繁的变化“在这些喷流的背景下是革命性的，因为这是完全没有预料到的”。
重新思考粒子加速除了假设X射线发射随着时间的推移保持稳定，关于喷流如何产生X射线的最简单理论还假设粒子加速发生在驱动喷流的黑洞“引擎”中的星系中心。
然而，新的研究发现，沿着喷流的长度方向，X射线辐射会快速变化。
这表明粒子加速发生在整个喷流中，距离喷流的黑洞原点很远。
迈耶说:“有一些理论可以解释这是如何工作的，但我们一直在研究的很多东西现在显然与我们的观察不相容。
”。
有趣的是，研究结果还暗示，离地球较近的喷流比离地球较远的喷流有更多的可变性。
后者是如此遥远，以至于当它们发出的光到达望远镜时，就像是在回顾过去。
对梅耶来说，更老的喷气式飞机可变性更小是有道理的。
在宇宙历史的早期，宇宙更小，环境辐射更大，研究人员认为这可能导致喷流中X射线更稳定。
关键合作尽管Chandra具有出色的成像分辨率，但数据集带来了巨大的挑战。
钱德拉仅用少量的X射线光子就观察到了一些可变性。
在给定的喷射流中，X射线产生的可变性通常是百分之十左右。
为了避免无意中将随机性算作真正的可变性，Meyer与多伦多大学和伦敦帝国理工学院的统计学家合作。
“从数据中得出这个结果几乎就像一个奇迹，因为观测不是为了检测它而设计的，”Meyer说。
该小组的分析表明，研究中30%到100%的喷流在短时间尺度内表现出可变性。
“虽然我们想要更好的约束，”她说，“但可变性显然不是零。
”新的发现在黑洞喷流中产生X射线的一个主要理论中戳出了重大漏洞，Meyer希望这篇论文激励未来的工作。
“希望这将是对理论家的一个真正的召唤，”她说，“基本上看看这个结果，并提出与我们的发现一致的喷流模型。
”
