黑洞切碎的恒星中的幽灵粒子揭示了宇宙粒子加速器

一组科学家发现了一颗高能中微子（一种特别难以捉摸的粒子）的存在，这是由于恒星被黑洞所消耗而被摧毁之后所致。这一发现发表在自然天文学杂志上，为超高能宇宙射线的起源提供了新的线索。超高能宇宙射线是宇宙中最高的能量粒子。

这项工作包括来自纽约大学和德国DESY研究中心在内的二十多个机构的研究人员，研究的重点是中微子-仅在强大的加速器中才在地球上产生的亚原子粒子。

中微子及其创建过程很难被发现，因此它们的发现以及超高能宇宙射线（UHECR）的发现均值得注意。

黑暗之心：围绕超大质量黑洞的吸积盘的视图，喷射状结构从盘上流走。黑洞的极端质量会弯曲时空，从而使吸积盘的远侧被视为黑洞上方和下方的图像。

该论文的主要作者之一，纽约大学物理系博士后研究员乔尔·范·韦尔岑（Sjoert van Velzen）解释说：“宇宙高能中微子的起源尚不清楚，主要是因为它们很难被固定下来。”“这个结果只是高能中微子第二次被追溯到其来源。”

现在由荷兰莱顿大学的van Velzen和纽约大学物理学家Glennys Farrar（新的自然天文学论文的合著者）先前的研究发现了一些最早的证据，证明黑洞破坏了现在称为潮汐的恒星。中断事件（TDE）。这些发现为确定TDE是否可能负责产生UHECR奠定了基础。

自然天文学上的研究报告为这一结论提供了支持。

吸烟枪：在超大质量的黑洞将恒星撕裂之后，大约一半的恒星碎片被抛回太空，而其余的则在黑洞周围形成了一个发光的吸积盘。该系统在许多波长上都发出明亮的光芒，并据认为已产生了垂直于吸积盘的充满活力的喷射状流出物。吸积盘附近的中央强大引擎喷出了这些快速的亚原子粒子。

此前，IceCube中微子天文台是美国国家科学基金会支持的位于南极的探测器，报道了对中微子的探测，该路径后来由加州理工学院Palomar天文台的Zwicky瞬态设施追踪。

具体来说，它的测量结果显示了高能中微子和TDE（黑洞消耗的恒星）发出的光在空间上的重合。

van Velzen解释说：“这表明这些星碎事件足以加速高能粒子。”

当恒星接近黑洞时，巨大的潮汐力将其不断拉伸，直至最终被切碎。一半的恒星碎片被抛回太空，而其余部分则形成一个旋转的吸积盘，两个强烈的物质流出物从该盘中向上和向下射出。该系统充当强大的天然粒子加速器。

Farrar补充说：“发现与TDE相关的中微子是了解南极IceCube探测器识别出的高能天体中微子起源的突破，到目前为止，其来源一直难以捉摸。” Farrar在2009年的一篇论文中提出，UHECR可以在TDE中得到加速。“中微子-TDE的巧合也揭示了数十年来的问题：超高能宇宙射线的起源。”

参考：Robert Stein，Sjoert van Velzen，Marek Kowalski，Anna Franckowiak，Suvi Gezari，James CA Miller-Jones，Sara Frederick，Itai Sfaradi，Michael F. Bietenholz，Assaf Horesh，“ Rob Fender，Simone Garrappa，TomásAhumada，Igor Andreoni，Justin Belicki，Eric C.Bellm，MarkusBöttcher，Valery Brinnel，Rick Burruss，S.Bradley Cenko，Michael W.Coughlin，Virginia Cunningham，Andrew Drake，Glennys R.Farrar Michael Feeney，Ryan J.Foley，Avishay Gal-Yam，V.Zach Golkhou，Ariel Goobar，Matthew J.Graham，Eri​​ca Hammerstein，George Helou，Tiara Hung，Mansi M.Kasliwal，Charles D.Kilpatrick，Albert KH Kong，Thomas库珀（Kupfer），拉斯·拉赫（Russ R.Laher），艾希什·A·马哈巴尔（Ashish A.Mahabal），弗兰克·J·马西（Frank J.Masci），詹妮斯·内克（Jannis Necker），雅各布·诺丁（Jakob Nordin），丹尼尔·佩里（Daniel A. Leo P. Singer，Jesper Sollerman，Maayane T.Soumagnac，Daniel Stern，Kirsty Taggart，Jakob van Santen，夏洛特Ward，Patrick Woudt和Yuhan Yao，2021年2月22日，自然天文学。
10.1038 / s41550-020-01295-8

该研究得到了美国国家科学基金会的资助（CAREER资助1454816，AAG资助1616566，PIRE资助1545949，NSF资助AST-1518052）