高能天文学谜团重大突破，IceCube 探测器首确认宇宙微中子来源
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自宇宙射线发现以来，天文学家为了解开它们的起源地几乎要抓破头皮，有一种称为微中
子的幽灵粒子可以帮助解开奥秘，但我们需要有追踪微中子的技术与仪器。终于，位于南
极的 IceCube 探测器办到了！这是科学家第一次匹配宇宙微中子起源，来自距离地球
40 亿光年远的耀变体 TXS 0506 + 056。
首先讲讲宇宙射线与微中子的关系。超高能宇宙射线是带电的高能亚原子粒子，99% 为质
子和氦原子核（即 α 粒子），由奥地利物理学家 Victor Hess 在 1912 年证实来自外
太空而不是地球上的放射性元素，能量可达 10 9 ~10 20 电子伏特（比 1 亿兆还要高
），比地球最强人造粒子加速器“大型强子对撞机（LHC）”粉碎质子的能量还要高出
1,000 万倍。
但因为宇宙射线是带电粒子，行进路径只要遇到磁场就会被偏转（所以地球偏转掉大部分
危险宇宙射线），因此我们不可能追踪出它的起源点，这就是为何科学家始终解读不了宇
宙射线来自何方的阻碍。
而微中子虽然同样精力充沛，却不带电荷（电中性），即便路过最强大的磁场也不会被转
移焦点，自生成后就以趋近光速的速度在太空中直线前进，加上这些幽灵粒子只参与弱交
互作用和重力交互作用，因此除非它撞到其他物质产生相应的带电粒子，否则很难发现；
也就是说，微中子可以轻易穿过行星、恒星、星系、星际尘埃等一般物质，就像子弹打过
雾一样轻松且不易改变本质。
最重要的，无论是带电的宇宙射线粒子还是不带电的微中子粒子，实验证据表明两者都会
在质子加速器中产生，地球上的质子加速器为 LHC，那么宇宙的质子加速器是谁？等我们
找出宇宙微中子的起源就知道了。科学家相信，只要能找到微中子起源，就等同于找到宇
宙射线起源。
去年，科学家首度确认超高能宇宙射线来自银河系外，但仍不知道宇宙射线具体到底来自
哪个星系、哪种天体；今年初，一个全新模型同时解释了超高能宇宙射线、高能微中子和
高能伽马射线这 3 种拥有极端能量的粒子，可能都来自同一地方：超大质量黑洞的喷流
加速产生。
现在，座落于地球南极冰层深处的冰立方微中子天文台（IceCube）终于找到宇宙高能微
中子的起源了！
冰立方微中子天文台（IceCube）于 2005 年开始建设、2010 年 12 月 18 日完工，是世
界上最大的微中子望远镜，目标旨在抓出微中子起源地，进一步解谜困恼科学家逾半世纪
的超高能宇宙射线来源。
去年 9 月 22 日，IceCube 发现了一颗中微子 IceCube-170922A，其携带能量高达 300
TeV（在大型强子对撞机中循环绕行的质子能量为 6.5 TeV）。望远镜立刻响起警报，1
分钟内通知全球合作望远镜投入检测。
IceCube 可以推断微中子的能量水平并追溯来源，告知其他望远镜微中子来自猎户座附近
，几天内，两个伽玛射线望远镜：美国太空总署（NASA）费米伽玛射线太空望远镜（
Fermi Gamma-ray Space Telescope）及魔法望远镜（Major Atmospheric Gamma
Imaging Cherenkov Telescope，MAGIC），率先在相同方向、相同位置探测到高能伽马射
线，来源是耀变体 TXS 0506 + 056，距离地球 40 亿光年、位于一个巨大椭圆星系的心
脏。
耀变体（blazar）也被称为活跃星系核（AGN），被假定为处于寄主星系中央的超大质量
黑洞，是目前已观测宇宙中最剧烈的天体活动现象之一。
科学家再回头查看费米望远镜之前对 TXS 0506 + 056 的观测结果，发现 2014 年底左右
，同一物体爆发爆发长达 5 个月时间；IceCube 团队回头查看近 10 年的微中子数据时
，也发现在那几个月里，有十几个高能微中子撞上南极冰。
再经过后续各项研究分析，单一微中子与伽马射线来自相同方向的巧合机率只有千分之一
，换句话说不可能是巧合，科学家能确定耀变体 TXS 0506 + 056 释放之高能辐射与微中
子携带能量相匹配。
这场突破有助于解决天体物理学和天文学中最古老的问题，至少我们已经证明了耀变体就
是宇宙中生成高能微中子和宇宙射线的质子加速器。