一項新研究表明,黑洞吞噬恆星時未必能產生足夠能量,發射高能中微子。令科學家對此前認為這個異常劇烈的天體巨變一定是高能中微子來源的結論感到不確定。

中微子是物理學中已知最小的粒子之一。它是一種亞原子粒子,雖然擁有質量,但是質量極其微小。而且它很少和其它粒子產生相互作用。因此,這種幽靈般的粒子被認為可能是暗物質的主要成份之一。

位於南極洲的冰立方中微子觀測台(IceCube Neutrino Observatory)可以探測到來自宇宙的中微子。2019年10月,一個高能中微子撞擊了冰立方觀測台。這個罕見的高能中微子立刻激起了天文學家的興趣:到底是甚麼天體能產生如此強大的中微子?

冰立方團隊將中微子追溯到一個剛剛吞噬一顆恆星的超大質量黑洞。這個編號為AT2019dsg的天文事件屬於潮汐破壞事件,即恆星在黑洞引力潮汐作用下被撕裂毀滅的天文事件。

這個潮汐破壞事件來自中微子信號的同一天空區域,但是發生在幾個月前。很多天文學家認為這種異常劇烈的天體巨變一定是高能中微子的來源。

但一項新研究對這一說法提出了質疑。

美國西北大學和哈佛-史密松天體物理中心的研究團隊提供了大量關於AT2019dsg的新射電觀測和數據,使團隊能夠計算事件發射的能量。

研究結果表明,AT2019dsg所產生的能量不足以產生觀測到的高能中微子。事實上,這個潮汐破壞事件噴出的東西非常「普通」,該團隊總結道。

雖然這似乎有悖常理,但黑洞並不總是能吞下所有觸手可及的東西。

「黑洞不像真空吸塵器。」領導這項研究的哈佛-史密松天體物理中心的博士後伊維特‧森德斯(Yvette Cendes)在一份聲明中說。

森德斯解釋說,當一顆恆星離黑洞太近時,黑洞的強大引力會把恆星撕裂拉伸成意粉形狀。最終,細長的恆星碎片物質在黑洞周圍盤旋並升溫,在天空中產生一道閃光,天文學家可以在數百萬光年外發現它。

「但是,當物質太多時,黑洞就不能一下子把它全部吃掉」,研究合作者、西北大學的博士後凱特‧亞歷山大(Kate Alexander)在上述聲明中說。「在這個過程中,一些氣體會被吐出來,就像嬰兒吃東西時,一些食物最終會落在地板或牆壁上。」

這些殘餘物以風或噴流的形式被拋回宇宙空間。如果噴流足夠強大,理論上的確可以產生高能中微子。

使用位於美國新墨西哥州的超大望遠鏡陣(Very Large Array)和智利的阿塔卡馬大型射電望遠鏡陣(ALMA),研究團隊能夠在黑洞開始吞噬這顆恆星後的500多天裏,觀測到距離我們大約7.5億光年的AT2019dsg。

優秀的射電觀測使AT2019dsg成為迄今為止研究最充份的TDE,並顯示射電亮度在事件開始後200天左右達到峰值。

數據表明,噴出的能量總量相當於太陽在3000萬年過程中輻射的能量。雖然這聽起來令人印象深刻,但在2019年10月發現的高能中微子需要比這能量再高1000倍的源才能產生。

亞歷山大在聲明中解釋說:「我們沒有看到為此所需的明亮物質噴流,而是看到了較微弱的射電流。」

「我們看到的是像微風一樣的外流,而不是像高壓水槍那樣的強大噴流。」森德斯補充說,「如果這個中微子以某種方式來自AT2019dsg,那就引出了一個問題:為甚麼我們沒有在這個距離或更近的地方發現與超新星相關的中微子?它們更常見,並且具有相同的能量速度。」

該團隊得出的結論是,中微子不太可能來自這個特定的潮汐破壞事件。果真如此,天文學家就遠未了解潮汐破壞事件這種劇烈的天體變化,以及高能中微子信號的真實成因。或許這意味著遙遠宇宙中還有更加劇烈的天體解體更新過程尚不為人知。

「我們可能會再次檢查這個問題。」 森德斯說,他認為還有很多東西需要學習。「這個特殊的黑洞仍在進食。」

這項新研究的論文發表在《天體物理期刊》上。#

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