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)

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