來自遙遠星系的強大中微子暗示了一個令人驚訝的起源：黑洞附近的氦原子被紫外線撕裂，重塑了我們對宇宙噴流的認識。

在深空，強大的中微子通常與伽馬射線爆發一起被發現。但NGC1068星系的表現卻不同 —— 它發出了一股強烈的中微子流，而伽馬輻射卻少得驚人，這給科學家們留下了一個宇宙之謎。

一項新的研究提供了一個大膽的解釋：星系噴流中的氦原子與星系中心附近的強紫外線發生碰撞。這些碰撞使原子分裂，釋放出中子，中子衰變為中微子，而不釋放出太多的伽馬射線光。

這一發現為超大質量黑洞附近的極端條件提供了新的視角，比如NGC1068中的黑洞，甚至是我們銀河系中的黑洞。它還加深了我們對輻射和亞原子粒子如何相互作用的理解，可能為未來科學技術的突破鋪平道路。

魷魚星系中的中微子之謎

在南極冰層的深處有一個非凡的科學儀器 —— 成千上萬的傳感器就像“眼睛”一樣，能夠探測到宇宙中最難以捉摸的粒子之一：中微子。最近，這些傳感器發現了一些意想不到的東西。在一個名為NGC1068的遙遠星系，也被稱為魷魚星系，科學家們探測到異常強烈的中微子爆發。但讓這一發現如此令人困惑的是，它伴隨著很少的伽馬射線輻射，而伽馬射線通常伴隨著高能中微子出現。

這些傳感器屬于冰立方中微子觀測站（IceCube Neutrino Observatory），這是一個嵌入在一立方公里透明南極冰中的大型實驗項目?，F在，一個由加州大學洛杉磯分校、大阪大學和東京大學Kavli研究所的理論物理學家組成的團隊提出了一個大膽的新想法。他們相信來自NGC 1068的中微子可能以一種完全不同于預期的方式產生，這為粒子天體物理學開辟了令人興奮的新篇章。

是什么讓中微子如此難以捉摸

中微子是微小的亞原子粒子，幾乎不與物質相互作用。與電子等其他粒子不同，中微子可以直接穿過行星、恒星，甚至我們自己的身體而不留痕跡。這就是它們很難被發現的原因。建造冰立方的5160個傳感器是為了捕捉中微子與冰相互作用的罕見時刻，當中微子與冰相互作用時，產生帶電粒子，留下可探測的痕跡。

加州大學洛杉磯分校物理學和天文學教授、Kavli IPMU高級研究員亞歷山大·庫申科（Alexander Kusenko）說：“我們有利用光觀察恒星的望遠鏡，但許多天體物理系統也會發射中微子。”“為了看到中微子，我們需要一種不同類型的望遠鏡，這就是我們在南極的望遠鏡。”

來自NGC1068的意外數據

冰立方中微子望遠鏡探測到來自NGC 1068的高能中微子，伴隨著微弱的伽馬射線流，這暗示這些中微子的產生方式可能與之前認為的不同。NGC 1068的數據令人費解，因為通常情況下，來自活躍星系中心的高能中微子被認為是由質子和光子之間的相互作用產生的，產生的伽馬射線強度相當。因此，高能中微子通常與高能伽馬射線配對。

NGC 1068的伽馬射線發射明顯低于預期，并顯示出明顯不同的光譜形狀。傳統的模型，包括基于質子-光子碰撞和星系熱等離子體區域（稱為“日冕”）發射的模型，已被廣泛用于解釋此類中微子信號，但它們面臨著理論上的限制，促使人們尋找新的解釋。

一個全新的中微子理論出現了

在一篇發表在《物理評論快報》上的新論文中，亞歷山大·庫申科和他的同事認為，NGC 1068的高能中微子主要是由于星系噴流中的氦核在強烈的紫外線輻射下分裂時中子的衰變。當這些氦核與星系中心區域發射的紫外線光子碰撞時，它們會分裂，釋放出中子，隨后衰變為中微子。由此產生的中微子的能量與觀測結果相符。

此外，這些核衰變產生的電子與周圍的輻射場相互作用，產生與觀測到的較低強度一致的伽馬射線。這種情況很好地解釋了為什么中微子信號明顯超過伽馬射線發射，并解釋了在中微子和伽馬射線中觀察到的不同能譜。

揭開超大質量黑洞的秘密

這一突破有助于科學家理解活躍星系中的宇宙噴流是如何在沒有相應的伽馬射線輝光的情況下發射出強大的中微子的，從而為超大質量黑洞周圍極端復雜的條件提供了新的視角，包括我們銀河系中心的黑洞。

“我們對NGC1068星系中心附近的中心極端區域知之甚少，”庫申科說?！叭绻覀兊募僭O得到證實，它就會告訴我們一些關于該星系中心超大質量黑洞附近環境的信息。”

這篇新論文提出，如果一個氦核在超大質量黑洞的噴流中加速，它會撞向光子并分裂，將兩個質子和兩個中子灑向太空。質子可以飛走，但中子是不穩定的，會分裂或衰變成中微子，而不會產生伽馬射線。

“氫和氦是太空中最常見的兩種元素，”第一作者、加州大學洛杉磯分校博士生Koichiro Yasuda說。“但氫只有一個質子，如果這個質子遇到光子，就會產生中微子和強伽馬射線。但是中子有另外一種形成中微子的方式，這種方式不會產生伽馬射線。所以氦是我們從NGC 1068觀測到的中微子最有可能的來源?！?/p>

微弱的信號，巨大的啟示

這項工作揭示了隱藏的天體物理中微子源的存在，這些中微子源的信號以前可能由于其微弱的伽馬射線特征而被忽視。

“這個想法提供了一個超越傳統日冕模型的新視角。NGC 1068只是宇宙中許多類似星系中的一個，未來對它們的中微子探測將有助于測試我們的理論，并揭示這些神秘粒子的起源，”大阪大學天體物理學教授Yoshiyuki Inoue說。

像NGC 1068一樣，我們的星系在其中心也有一個超大質量黑洞，在那里，難以估量的巨大引力和能量確實會撕裂原子，中微子的發現也適用于我們的星系。雖然從了解銀河系中心到改善人類福利并不一定是一條直線，但通過研究中微子等粒子和伽馬射線等輻射獲得的知識有一種趨勢，即引領技術走上令人驚訝和變革的道路。

從無用的發現到全球科技

“當J.J.湯普森因發現電子而獲得1906年諾貝爾物理學獎時，他在頒獎典禮后的晚宴上致了一個著名的祝酒詞，說這可能是歷史上最無用的發現，”庫申科說?！爱斎唬裉斓拿恳徊恐悄苁謾C、每一臺電子設備，都在使用湯普森近125年前的發現?！?/p>

庫申科還說，粒子物理學催生了萬維網，萬維網最初是由需要在實驗室之間移動大量數據的物理學家開發的網絡。他指出，核磁共振的發現在當時似乎很晦澀，但卻導致了磁共振成像技術的發展，現在已被常規應用于醫學。

“我們站在中微子天文學新領域的起點，來自NGC 1068的神秘中微子是我們必須解決的難題之一，”庫申科說。“對科學的投資將產生一些你現在可能無法欣賞的東西，但幾十年后可能會產生重大影響。這是一項長期投資，私營公司不愿投資于我們正在進行的這種研究。這就是為什么政府對科學的資助如此重要，這就是為什么大學如此重要?！?/p>

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