夜空中闪烁的星光带来了来自遥远宇宙边缘的消息,光线充满了天文学家的望远镜,展现了宇宙中奇异而奇妙的过程。但是,光线无法讲述全部故事——它通常只揭示物体表面的光芒。为了更好地理解强大天体物理物体的核心,科学家们正在研究单个粒子,这些粒子可以第一手讲述极端事件的故事,这些事件以惊人的速度将它们向外发射。一个充满希望的新前沿刚刚开启,它应该会加强这些研究。
一个多世纪以来,科学家们一直在捕获被称为宇宙射线的粒子,以收集有关宇宙的线索。宇宙射线是由宇宙爆发喷射出的带电粒子(主要是质子)。有些宇宙射线具有与以每小时 90 英里速度发出的网球一样多的能量。不幸的是,不可能将宇宙射线追踪回其在天空中的来源;磁场在这些粒子到达地球之前,将带电粒子的路径扭曲成结。
被称为中微子的轻型中性粒子没有这个问题。中微子以其幽灵般的行为而闻名——它们可以毫发无损地从剧烈爆发的中心出现,径直穿过宇宙,并干净利落地穿过地球大气层。这些特性使中微子成为天文信息的绝佳载体。诀窍是在它们到达时抓住它们。
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科学家们建造了一个巨大的中微子探测器,称为冰立方,位于南极冰层下一英里处,希望能捕获这些天文中微子。今年早些时候,冰立方项目宣布,它发现了 28 个能量如此之高的中微子,它们一定来自太阳系之外。在 7 月份的《物理评论快报》研究中重点介绍了其中两个中微子,它们携带的能量非常高——是大型强子对撞机中粒子能量的数百倍——以至于充满爱心的天文学家给它们起了名字:厄尼和伯特。
至于是什么产生了这些高能中微子,猜测众说纷纭。它们可能来自伽马射线暴,这种神秘而短暂的灾难性事件在短时间内成为宇宙中最明亮的天体;来自爆炸恒星的冲击波;或所谓的耀变体,即由超大质量黑洞驱动的能量喷流。或者,厄尼和伯特可能是暗物质的粒子后代,暗物质是构成宇宙大部分质量的未识别物质——或者甚至可能是更奇异现象的迹象。
事实上,科学家们无法从仅仅 28 个粒子中获得太多信息。到目前为止,高能中微子似乎并没有指向特定的来源,这将为科学家们提供更多依据。“每个人都在解读茶叶,”威斯康星大学麦迪逊分校冰立方粒子天体物理中心的弗朗西斯·哈尔岑主任说。但随着冰立方预计至少再运行十年,粒子天文学的时代才刚刚开始。