宾夕法尼亚州立大学萨姆·舒尔茨 美国国家航空航天局哈勃太空望远镜拍摄的NGC 1068星系及其活跃黑洞的图像在放大的插图中显示
一个新的模型表明，这种超大质量黑洞周围的日冕可能是冰立方中微子天文台观测到的高能宇宙中微子的来源
信用:美国航天局/JPL-加州理工学院 冰立方中微子天文台观测到的高能宇宙中微子的起源是一个困扰物理学家和天文学家的谜，该天文台的探测器深埋在南极冰中
一个新的模型可能有助于解释由最近的中微子和伽马射线数据推断出的这些中微子中出乎意料的大流量
宾夕法尼亚州立大学研究人员描述该模型的一篇论文指出，在活跃星系的核心发现的超大质量黑洞是这些神秘中微子的来源，该论文发表在2020年6月30日的《物理评论快报》杂志上
“中微子是非常小的亚原子粒子，它们的质量几乎为零，它们很少与其他物质相互作用，”领导这项研究的宾夕法尼亚州立大学物理学、天文学和天体物理学助理教授、IGC引力和宇宙研究所多天体物理中心成员村濑说
“高能宇宙中微子是由宇宙中高能宇宙射线加速器产生的，它们可能是极端的天体物理物体，如黑洞和中子星
它们必须伴有伽马射线或较低能量的电磁波，有时甚至是引力波
因此，我们期望我们观察到的这些不同的“宇宙信使”的水平是相关的
有趣的是，冰立方的数据表明，与费米伽马射线太空望远镜看到的相应高能伽马射线的水平相比，能量低于100太电子伏特(TeV)的中微子过量发射
" 科学家们结合来自所有这些宇宙信使的信息来了解宇宙中的事件，并在新兴的“多重天体物理学”领域中重建其演化
“对于极端的宇宙事件，如产生中微子的大规模恒星爆炸和超大质量黑洞喷射，这种方法帮助天文学家精确定位了遥远的来源，每个额外的信使都提供了关于现象细节的额外线索
对于100 TeV以上的宇宙中微子，宾夕法尼亚州立大学小组先前的研究表明，它有可能与高能伽马射线和超高能宇宙射线相一致，这符合一个多本质的图景
然而，越来越多的证据表明100 TeV以下的中微子数量过多，这无法简单解释
最近，冰立方中微子观测站报告了另一次高能中微子过剩，其方向是北部天空中最亮的活跃星系之一，被称为NGC 1068
“我们知道高能中微子的来源也必然产生伽马射线，所以问题是:这些缺失的伽马射线在哪里？”村濑说
“在高能伽马射线中，来源不知何故隐藏在我们的视野之外，释放到宇宙中的中微子的能量预算惊人地大
这种类型的源的最佳候选物具有密集的环境，在那里伽马射线会被它们与辐射和物质的相互作用所阻挡，但是中微子很容易逃逸
我们的新模型表明超大质量黑洞系统是很有前途的场所，该模型可以用适度的能量学要求解释100 TeV以下的中微子
" 新模型表明，在星系核心发现的超大质量黑洞周围的日冕——围绕恒星和其他天体的超高温等离子体光环——可能就是这样一个来源
类似于日食期间太阳照片中的日冕，天体物理学家认为黑洞在旋转的物质圆盘上方有一个日冕，这种物质圆盘被称为吸积盘，通过其重力影响在黑洞周围形成
这个日冕非常热(温度约为10亿开氏度)，被磁化，并且是湍流的
在这种环境中，粒子可以被加速，这导致粒子碰撞，从而产生中微子和伽马射线，但是这种环境的密度足以阻止高能伽马射线的逃逸
“该模型还预测了中微子源在‘软’伽马射线中的电磁对应物，而不是高能伽马射线，”村濑说
“高能伽马射线会被阻挡，但这并不是故事的结尾
它们最终会被级联到更低的能量，并作为兆电子伏特范围内的“软”伽马射线释放，但大多数现有的伽马射线探测器，如费米伽马射线空间望远镜，都没有调谐到探测它们
" 有一些项目正在开发中，这些项目是专门为探索这种来自太空的软伽马射线发射而设计的
此外，即将到来的和下一代中微子探测器，地中海的km3网络和南极洲的冰立方第二代将对来源更加敏感
有希望的目标包括北部天空中的NGC 1068，据报道那里有过量的中微子发射，以及南部天空中几个最亮的活跃星系
村濑说:“这些新的伽马射线和中微子探测器将能够更深入地搜索超大质量黑洞日冕的多种物质发射。”
“这将使我们有可能批判性地检查这些来源是否是冰立方观测到的中能级中微子大流量的原因，正如我们的模型所预测的那样
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