【研究成果】清大天文所江國興教授參與微中子發現 登上國際期刊

by Yang-Kuang Chao
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撰稿  /  王作城 (科學推展中心特約編輯)


圖一:潮汐破壞事件的結構,圖中的綠色箭頭就是可發射高能微中子的區域。

宇宙裡有種基本粒子叫做微中子,他們其實無所不在,數量遠超過其他所有的原子,只是我們從來感覺不到。就像在你閱讀這篇文章的當下,就有數以兆計的微中子,通過你的身體。而這樣很少跟其他物質產生交互作用,也因此很難偵測到的性質,也讓它被科學家稱為「幽靈粒子」。

科學家仍然對微中子很感興趣,因為微中子可以攜帶很高的能量,有多高呢?比地球上最強大的粒子對撞器,所能產生的能量,還要高出1000倍。而這樣高能的粒子,能為我們帶來宇宙遠處的訊息,讓我們追查宇宙射線的起源。

但就如前面所講的,微中子非常難偵測到。科學家每年只能偵測到約100個來自太陽的微中子,而每年地球面向太陽的區域,估計都會有超過650億個太陽微中子穿過。

科學家第一次偵測到來自本星系團以外的高能微中子是2018年,那個微中子是來自40億光年遠的獵戶座(Orion)「右肩」的一個「耀變體」(blazar)「TXS 0506+056」,這是一個密度極高的星系核,中間有一個極大質量的黑洞,40億年前發生伽瑪射線爆發,射出兩道宇宙射線,其中就有那次被我們偵測到的微中子。

這一次,科學家再次偵測到了來自銀河系外的高能微中子起源。

這次是由於科學家觀測到了黑洞「潮汐破壞事件」,這是指如果有一顆恆星,不幸離黑洞過近,而被黑洞的質量直接撕扯破壞的事件。史蒂芬霍金給了他另一個名字,叫做「麵條化事件」,因為如他所述,恆星在進入黑洞引力範圍內之後,會被引力拉扯,而變得如麵條一般細長。

2019年4月9日,科學家使用的ZTF「史維基瞬變設備」偵測到7億光年外名為2MASX J20570298 + 1412165的星系中,發生潮汐破壞事件AT2019dsg。這個星系位於海豚座,而在它的中央有一個質量約為太陽3000倍的黑洞。

雖然潮汐破壞事件是天文學上的罕見事件,但剛開始科學家並沒有發現這個事件的特殊性,只把它當作一次普通的潮汐破壞事件。直到半年以後,科學家在南極的微中子天文台,捕捉到名為名為IC191001A的高能微中子,且確認是來自外太空。

之後科學家就開始尋找這個微中子可能的來源,最後發現,這個微中子跟AT2019dsg位於同一個天區,是巧合的機率只有1/500。那又是為什麼在偵測到潮汐破壞事件半年之後,才偵測到微中子?

科學家認為,可能是因為要等待光子與特定區域內粒子的撞擊,才產生高能微中子,因此微中子數量上的最大值,會出現延遲,所以等到半年後才被我們偵測到。而有一就有二,有二就有三,未來我們應該就能更清楚的了解高能微中子的來源。

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