黑洞吞噬恒星发射高能中微子?科学家不确定

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【大纪元2021年10月17日讯】一项新研究表明,黑洞吞噬恒星时未必能产生足够能量,发射高能中微子。令科学家对此前认为这个异常剧烈的天体巨变一定是高能中微子来源的结论感到不确定。

中微子是物理学中已知最小的粒子之一。它是一种亚原子粒子,虽然拥有质量,但是质量极其微小。而且它很少和其它粒子产生相互作用。因此,这种幽灵般的粒子被认为可能是暗物质的主要成分之一。

位于南极洲的冰立方中微子观测台(IceCube Neutrino Observatory)可以探测到来自宇宙的中微子。2019年10月,一个高能中微子撞击了冰立方观测台。这个罕见的高能中微子立刻激起了天文学家的兴趣:到底是什么天体能产生如此强大的中微子?

冰立方团队将中微子追溯到一个刚刚吞噬一颗恒星的超大质量黑洞。这个编号为AT2019dsg的天文事件属于潮汐破坏事件,即恒星在黑洞引力潮汐作用下被撕裂毁灭的天文事件。

这个潮汐破坏事件来自中微子信号的同一天空区域,但是发生在几个月前。很多天文学家认为这种异常剧烈的天体巨变一定是高能中微子的来源。

但一项新研究对这一说法提出了质疑。

美国西北大学和哈佛-史密松天体物理中心的研究团队提供了大量关于AT2019dsg的新射电观测和数据,使团队能够计算事件发射的能量。

研究结果表明,AT2019dsg所产生的能量不足以产生观测到的高能中微子。事实上,这个潮汐破坏事件喷出的东西非常“普通”,该团队总结道。

虽然这似乎有悖常理,但黑洞并不总是能吞下所有触手可及的东西。

“黑洞不像真空吸尘器。”领导这项研究的哈佛-史密松天体物理中心的博士后伊维特‧森德斯(Yvette Cendes)在一份声明中说。

森德斯解释说,当一颗恒星离黑洞太近时,黑洞的强大引力会把恒星撕裂拉伸成意大利面形状。最终,细长的恒星碎片物质在黑洞周围盘旋并升温,在天空中产生一道闪光,天文学家可以在数百万光年外发现它。

“但是,当物质太多时,黑洞就不能一下子把它全部吃掉,”研究合作者、西北大学的博士后凯特‧亚历山大(Kate Alexander)在上述声明中说。“在这个过程中,一些气体会被吐出来,就像婴儿吃东西时,一些食物最终会落在地板或墙壁上。”

这些残余物以风或喷流的形式被抛回宇宙空间。如果喷流足够强大,理论上的确可以产生高能中微子。

使用位于美国新墨西哥州的超大望远镜阵(Very Large Array)和智利的阿塔卡马大型射电望远镜阵(ALMA),研究团队能够在黑洞开始吞噬这颗恒星后的500多天里,观测到距离我们大约7.5亿光年的AT2019dsg。

优秀的射电观测使AT2019dsg成为迄今为止研究最充分的TDE,并显示射电亮度在事件开始后200天左右达到峰值。

数据表明,喷出的能量总量相当于太阳在3000万年过程中辐射的能量。虽然这听起来令人印象深刻,但在2019年10月发现的高能中微子需要比这能量再高1000倍的源才能产生。

亚历山大在声明中解释说:“我们没有看到为此所需的明亮物质喷流,而是看到了较微弱的射电流。”

“我们看到的是像微风一样的外流,而不是像高压水枪那样的强大喷流。”森德斯补充说,“如果这个中微子以某种方式来自AT2019dsg,那就引出了一个问题:为什么我们没有在这个距离或更近的地方发现与超新星相关的中微子?它们更常见,并且具有相同的能量速度。”

该团队得出的结论是,中微子不太可能来自这个特定的潮汐破坏事件。果真如此,天文学家就远未了解潮汐破坏事件这种剧烈的天体变化,以及高能中微子信号的真实成因。或许这意味着遥远宇宙中还有更加剧烈的天体解体更新过程尚不为人知。

“我们可能会再次检查这个问题。” 森德斯说,他认为还有很多东西需要学习。“这个特殊的黑洞仍在进食。”

这项新研究的论文发表在《天体物理期刊》上。

责任编辑:林妍#

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