人類首次探測到黑洞發出的中微子信號，天文學又有重大突破！

天下 07-14

IceCube中微子天文台發現了300TeV高能中微子，通過NASA費米望遠鏡等觀測設備的定位發現37億光年外的耀變體TXS 0506+56與發現的高能中微子同源，找到了耀變體中央超大質量黑洞發射中微子的證據。多信使天文學的魅力由此體現，這也是人類認定過的最遠的中微子。

在冰封的南極大陸，有一個特殊的天文台，叫做IceCube，它深埋在南極冰蓋下，專門用於中微子探測。

Ice Cube天文台地表部分

據《每日郵報》報道，IceCube天文台前兩天爆出驚天猛料，天文台發現了來自37億光年外的高能中微子信號，這一信號雖然只持續了3000納秒，但它的意義卻是非同凡響的，是一次天文學上的巨大突破。

什麼是中微子？

中微子是一種基本粒子，不帶電，質量極小，與其他物質的相互作用十分微弱，在自然界廣泛存在。由於它的這一特性，人們又將其稱為「幽靈粒子」，事實上，每秒鐘通過我們眼睛的中微子都數以十億計，只不過我們絲毫不會察覺。

中微子想像圖

中微子早在1933就被理論物理學家推算出來了，但是直到1956年才第一次被人們觀測到。以前人們以為中微子是沒有質量的，永遠以光速飛行。1998年日本的超級神岡實驗發現它們可以從一種類型轉變成另一種類型，稱為中微子振蕩，間接證明了它們具有微小的質量。不過這個質量非常非常小，1998年之前還沒有測出來，它們的飛行速度非常接近光速，1998年之前也沒有測出與光速的差別。由於它很難探測，是我們了解最少的基本粒子，現在還存在大量的未解之謎。

大多數中微子都來自太陽內部，能量都在100TeV以下，但除此之外，還有一小部分中微子是這個神秘家族中的特殊存在，它們攜帶著更高的能量，存在於非常遙遠的深空。

信號來了！

如前文所說，IceCube天文台是專門用於探測中微子的，它位於南極冰蓋下2.4公里的地下深處，天文台中裝備了60個足球大小的光學探測器，這些模塊有著極高的靈敏度，它們就像一雙雙眼睛，盯著遙遠的宇宙深處，搜尋著謎題的答案。

當高能中微子穿過探測器後，會產生帶電粒子，粒子穿過感測器陣列，產生切倫科夫光，於是科學家就能觀測到信號了，不過這樣的信強度往往異常微弱，所以能夠有新發現還需要日復一日的堅守和一定的運氣。

深埋於地下的探頭

時間很快來到了2017年9月22日20:54:30.43秒（UTC），一個高能中微子自動觸發了部分IceCube預警系統——μ介子追蹤事件。43秒後，觀察員得到了中微子的方向和能量估計，一系列重建演算法迅速對整個事件進行分析，最終得到了整體的分析結果。

事件持續將近3000納秒，小球的尺寸越大，預示著穿過感測器的光子總量越多（前文說過，中微子事件產生的切倫科夫光會被感測器接收），也就預示著更清晰的信號。紅色箭頭代表最佳跟蹤方向。一共記錄到5800個光電子，頂部視角給人一種光電子們呼嘯而來的感覺。

科學家們發現了什麼？

隨後不到4個小時，地面和天空將近20台望遠鏡，都聚焦在中微子到來的方向上。

NASA的費米望遠鏡和位於迦納利群島的MAGIC望遠鏡依據IceCube提供的軌跡數據（紅色箭頭）最終鎖定了信號源。

信號源是一個位於獵戶座中的耀變體，代號為TXS 0506+056，距離地球37億光年，背景展現了費米探測到的伽馬射線數據，顏色越淺等級越高。黃色方塊代表通過警告最初預測的位置，綠色方塊代表重建分析後最後的結果。灰色和紅色圈則划出了50%和90%中微子容量的區域。

細心的你可能會問，如何通過一個軌跡數據以及望遠鏡的探測數據就能如此確定的將它們關聯在一起？前面說過，中微子與其他物質作用十分微弱，實際上，它的運動路徑基本不受其他物質的干擾，所以其他的望遠鏡可以放心的由此確定中微子來源的方向，它們得到的數據也證實了這一發現（下圖）；其次，科學家們計算了兩次事件的巧合概率，並認定它們確實能夠聯繫在一起。