高能中微子来自黑洞？

撰文:菲尔·普莱?翻译:赵剑琳

落向黑洞的物质首先会形成一个扁平的、围绕黑洞旋转的吸积盘。物质间的摩擦会把吸积盘加热到惊人的高温，使它发出耀眼的光芒，亮度甚至会超过整个宿主星系。我们将这种星系称为“活跃星系”，它们是宇宙中最亮的天体之一。

但对于NGC?1068来说，要探测到这种耀眼的光芒是很难的，因为基本上所有的光和信号都被厚厚的、不透明的宇宙尘埃云吸收了。在这种情况下，中微子最令人困惑的特性反而成为了优点:它们可以穿透这些尘埃云，飞入太空，最终到达地球。不过，我们依然要解决探测的难题——当中微子毫无痕迹地穿过探测器时，该如何测量它们呢？好消息是，并非所有的中微子都会如此，虽然情况非常罕见，但确实有些中微子会与物质发生相互作用，不过要观测到这种现象，需要借助非常特殊的天文台。

冰立方中微子天文台就是这样一个天文台，它几乎正好位于地球的南极点。“冰立方”不属于标准的天文设施，它不像天文望远镜那样使用反射镜来收集并聚焦来自宇宙天体的光线。相反，它采用了一系列相对简单的光学传感器，它们被数十根垂直的线悬挂着，形成一个由5000多个传感器组成的三维阵列，可以探测闪光发生的位置和时间。

特别的是，“冰立方”深埋在南极洲冰层一千米之下。穿过冰层的中微子有很小概率撞上冰层中的氧原子或氢原子的原子核。这种撞击实际上是非常罕见的:对于地球上任意立方厘米大小的物质，每秒钟都有数万亿个中微子从中穿过，但要隔几天才能捕捉到一次中微子与这些物质发生的可测量的物理相互作用。

中微子和原子核发生碰撞时会产生高速的亚原子“弹片”粒子，它们以略低于光速的速度远离碰撞点，然后穿过冰层。最有趣的是，它们在冰层中穿行的速度会超过光。不过，这并没有打破物理定律。真空中的光速的确是宇宙中的速度极限，但光在穿过介质时速度会慢下来。因此，粒子在真空中的运动速度不可能超过光速，但它们在物质中的运动速度却可以比光在物质中的速度更快。当这种情况发生时，就会产生“光爆”，就好像物体以超音速穿过空气时产生的冲击波一样。这些速度超过光的事件表现为明亮的蓝光闪烁，也可以称为切伦科夫辐射。透过透明的南极冰层，我们可以在一定距离内观测到它们。当然，“冰立方”的探测器也可以捕捉到它们。

一种可能是，在围绕着黑洞的吸积盘上下方都有着温度极高的电离气体湍流，它具有强大的磁场，可以将巨大的能量注入粒子，将它们加速到接近光速。另一种可能性是吸积盘中的磁场会在黑洞附近发生扭曲，形成龙卷风般的双重漩涡，这种漩涡被称为喷流，可以将粒子高速抛出。此外，带电粒子喷流相互撞击时产生的冲击波也能为高能中微子提供所需的能量，而NGC?1068中就存在这种喷流。

目前在地球上探测到的来自NGC?1068的中微子不到100个，不过它们在穿越浩瀚宇宙空间时很可能会被稀释。有鉴于此，天文学家推断黑洞周围产生的中微子总数应该非常巨大，它们携带的总能量可能是太阳释放的约十亿倍。

宇宙中每一个大星系的核心都有一个超大质量黑洞，并且它们都有可能处于活跃状态。但是，尽管它们在宇宙中非常普遍，却难以观测。天文学家已经探测到其中至少一个，甚至是几个黑洞释放出的中微子，这为我们了解这些巨大的怪物打开了一扇新的窗口。

《光明日报》

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