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南極冰立方 探測到宇宙微中子來源

冰立方天文台觀測到的微中子,相信是由一個遙遠「耀變體」中心巨大黑洞產生的噴流向地球方向推進。圖為畫家繪製的想像圖。(取自美國國家科學基金會網站)

冰立方天文台觀測到的微中子,相信是由一個遙遠「耀變體」中心巨大黑洞產生的噴流向地球方向推進。圖為畫家繪製的想像圖。(取自美國國家科學基金會網站)

2018-07-14 06:00:00

〔編譯孫宇青/綜合報導〕位於南極洲極點的全球最大微中子天文台「冰立方」(IceCube),透過深埋地下約二.五公里的望遠鏡,探測到從地球卅七億光年外的一個超大質量黑洞「耀變體」(blazar)所發射的微中子。這是科學界首次成功追蹤所謂「幽靈粒子」(ghostly particle)的高能微中子的來源,開啟了解宇宙起源的新視野。研究成果十二日刊登於美國「科學」(Science)期刊。

微中子是一種不帶電荷(電中性)的次原子粒子,因此在其以接近光速的速度行進時,即便遭遇強大磁場也不會產生偏離,且可輕易穿越行星、恆星、星系、星際塵埃等固態物質,既不留下痕跡、也不容易改變本質。美國國家科學基金會在阿蒙森史考特南極站以二.五億美元建造冰立方的目的,就是要發現微中子,這個天文台由五千一百六十個光學感應器組成陣列,深埋在冰層二.五公里深的八十六個洞中。

在去年九月廿二日,冰立方探測到偶然與冰分子相撞後產生帶電粒子的微中子,並初步判定來源為獵戶座一帶。接著,冰立方天文台在四十三秒內通報全球八座天文望遠鏡,包括美國航太總署(NASA)的費米伽瑪射線太空望遠鏡等投入檢測,進一步判定該微中子的來源星系位在獵戶座左肩處,一個名為「TXS 0506+056」的耀變體。

耀變體是活躍星系核(AGN)的一種,星系中央的巨大黑洞吸收大量物質而產生劇烈天文現象,進而將引力能和轉動能量轉化為強大的噴流。

科學家指出,單一微中子與伽瑪射線碰巧來自相同方向的機率只有千分之一,這使得微中子與活躍星系核的關聯性獲得大幅提升。冰立方天文台主任、美國威斯康辛大學麥迪遜分校學者郝爾琛(Francis Halzen)則解釋,除了活躍星系核,中子星、超新星爆炸、伽瑪射線暴都可能是微中子的產生來源,而「我們發現了宇宙射線的第一個來源」。在證實耀變體的巨大黑洞是微中子和宇宙射線的質子加速器後,科學家下一步將探討微中子如何產生。

位於南極洲極點的全球最大微中子天文台「冰立方」(IceCube)。(路透檔案照)

位於南極洲極點的全球最大微中子天文台「冰立方」(IceCube)。(路透檔案照)

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