中微子是構成這個世界的基礎粒子之一,數量遠遠超過各種原子,但是它鮮少和其它物質發生互動。天文學家對來自宇宙、造訪地球的高能中微子特別感興趣,因為它們攜帶的能量比地球上最強的粒子對撞機所能產生的粒子還要高出千倍以上,但是很難被偵測到。

2 月22 日發表於《自然•天文學》(Nature Astronomy)期刊的一份研究,第一次發現一個高能中微子信號和遙遠星系的潮汐破壞事件之間的關聯。研究作者之一斯坦(Robert Stein)說:「這是現今探測到的第一個與潮汐破壞事件(TDE)相關的中微子,這是很有價值的證據。」

抵達地球的中微子射線大部份來自太陽,但是,偶爾中微子探測器會發現來自遙遠宇宙的中微子。這份研究揭示,位於南極的冰立方微中子觀測站(Ice Cube Neutrino Observatory) 在2019 年10 月1 日探測到的一個高能中微子IC191001A,應該是來自距離地球近七億光年外,一個黑洞撕裂恆星時發出的粒子。

恆星被黑洞「拉成意粉」

天文學家所說的潮汐破壞事件指的是,當一個較小的天體路過質量比它大得多的天體的時候,受到巨大引力的牽引被拉伸、甚至被撕碎、摧毀的事件。

最常見的是,一顆恆星太靠近黑洞而被撕裂的情形。

斯坦說:「當一顆恆星太靠近黑洞的時候,恆星的一端受到的引力超過另一端,從而出現被拉長的效果。隨著恆星的繼續靠近,這種拉伸效果越來越極端,最終導致恆星被撕裂,就發生了潮汐破壞事件。」

「這個過程和地球上海洋潮汐的道理一樣(受到月球的牽引而發生),但對我們來說幸運的是,月球的引力不足以拉長或撕裂地球。」

可是靠近黑洞的恆星情況就嚴重得多。正如2020 年10 月一份研究揭示的那樣,歐洲南方天文台望遠鏡觀測到一顆恆星被黑洞「拉成了意粉」的景象。

多渠道信號觀測的力度

斯坦說:「天文學家還不太了解潮汐破壞事件。這次探測到的中微子,很可能是那個星系中心巨大的黑洞周圍的吸積盤噴射出來的高速粒子。從現在無線電波、光波、紫外線各個波段多渠道信息分析來看,我們更加有把握的認為——潮汐破壞事件就像一個巨型粒子加速器。」

斯坦提到的「多渠道信息」觀測指的是,2019 年4 月9 日,美國加州帕洛馬山天文台(Palomar Observatory) 偵測到來自一個潮汐破壞事件的光波信號AT2019dsg。分析顯示它來自6.9 億光年之外海豚座(Delphinus)內一個無名的星系。

在10 月南極觀測站宣佈發現高能中微子僅7 小時之後,研究人員發現兩個信號來自天空的同一方位。

合作研究者馬利蘭大學的琴科(BradleyCenko)說:「潮汐破壞事件極其罕見,在像我們銀河系一樣的星系內,大約一萬~十萬年才會發生一次。」

「多信號渠道觀測很有用,我們以前預測過高能中微子與潮汐破壞事件相關,這次是第一次發現它們之間聯繫的證據,這太令人激動了。」

「沒有潮汐破壞事件的信號,這個中微子信號就是孤立的;沒有中微子信號,這個潮汐破壞事件的信號也是孤立的信息。只有把多渠道觀測信號結合起來,我們才能發現這類天文事件內部更多的信息。」◇