夜空中閃爍的星光帶來了來自遙遠宇宙邊緣的訊息,光線充滿了天文學家的望遠鏡,展現了宇宙中奇異而奇妙的過程。但是,光線無法講述全部故事——它通常只揭示物體表面的光芒。為了更好地理解強大天體物理物體的核心,科學家們正在研究單個粒子,這些粒子可以第一手講述極端事件的故事,這些事件以驚人的速度將它們向外發射。一個充滿希望的新前沿剛剛開啟,它應該會加強這些研究。
一個多世紀以來,科學家們一直在捕獲被稱為宇宙射線的粒子,以收集有關宇宙的線索。宇宙射線是由宇宙爆發噴射出的帶電粒子(主要是質子)。有些宇宙射線具有與以每小時 90 英里速度發出的網球一樣多的能量。不幸的是,不可能將宇宙射線追蹤回其在天空中的來源;磁場在這些粒子到達地球之前,將帶電粒子的路徑扭曲成結。
被稱為中微子的輕型中性粒子沒有這個問題。中微子以其幽靈般的行為而聞名——它們可以毫髮無損地從劇烈爆發的中心出現,徑直穿過宇宙,並乾淨利落地穿過地球大氣層。這些特性使中微子成為天文資訊的絕佳載體。訣竅是在它們到達時抓住它們。
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科學家們建造了一個巨大的中微子探測器,稱為冰立方,位於南極冰層下一英里處,希望能捕獲這些天文中微子。今年早些時候,冰立方專案宣佈,它發現了 28 個能量如此之高的中微子,它們一定來自太陽系之外。在 7 月份的《物理評論快報》研究中重點介紹了其中兩個中微子,它們攜帶的能量非常高——是大型強子對撞機中粒子能量的數百倍——以至於充滿愛心的天文學家給它們起了名字:厄尼和伯特。
至於是什麼產生了這些高能中微子,猜測眾說紛紜。它們可能來自伽馬射線暴,這種神秘而短暫的災難性事件在短時間內成為宇宙中最明亮的天體;來自爆炸恆星的衝擊波;或所謂的耀變體,即由超大質量黑洞驅動的能量噴流。或者,厄尼和伯特可能是暗物質的粒子後代,暗物質是構成宇宙大部分質量的未識別物質——或者甚至可能是更奇異現象的跡象。
事實上,科學家們無法從僅僅 28 個粒子中獲得太多資訊。到目前為止,高能中微子似乎並沒有指向特定的來源,這將為科學家們提供更多依據。“每個人都在解讀茶葉,”威斯康星大學麥迪遜分校冰立方粒子天體物理中心的弗朗西斯·哈爾岑主任說。但隨著冰立方預計至少再執行十年,粒子天文學的時代才剛剛開始。