冰立方中微子观测站观测到的高能宇宙中微子的起源是一个令物理学家和天文学家困惑不解的谜。一个新的模型可以帮助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的意外大通量。宾夕法尼亚州立大学(Penn State)的研究人员在2020年6月30日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的一篇论文描述了这个模型，指出活动星系核心发现的超大质量黑洞是这些神秘中微子的来源。
“中微子是亚原子粒子如此微小,它们的质量几乎为零,他们很少与其他物质相互作用,“说Kohta Murase,物理系助理教授,宾夕法尼亚州立大学天文与天体物理学中心成员Multimessenger天体物理学研究所的万有引力,宇宙(IGC),他领导了这项研究。高能宇宙中微子是由宇宙中的高能宇宙射线加速器产生的，这些加速器可能是极端的天体物理物体，如黑洞和中子星。它们必须伴随着低能量的伽马射线或电磁波，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观测到的相应高能伽马射线相比，能量低于100万亿电子伏特(TeV)的中微子出现了过剩。”
科学家们结合所有这些宇宙信使的信息来了解宇宙中的事件，下载杏耀并在新兴的“多信使天体物理学”领域重建它的演化。对于极端的宇宙事件，比如产生中微子的巨大恒星爆炸和超大质量黑洞喷流，这种方法帮助天文学家确定了遥远的来源，每一个额外的信使都提供了关于现象细节的额外线索。
对于超过100tev的宇宙中微子，宾夕法尼亚州立大学小组先前的研究表明，它可能与高能伽马射线和超高高能宇宙射线一致，这符合一个多信使的图像。然而，有越来越多的证据表明，低于100tev的中微子存在过剩，这不能简单地解释。最近，冰立方中微子观测站报告说，在北部天空中一个最明亮的活跃星系NGC 1068的方向上，又出现了高能中微子的过剩。
“我们知道高能中微子的来源一定也会产生伽马射线，所以问题是:这些丢失的伽马射线在哪里?”Murase说。“中微子的来源不知为何被隐藏在高能伽马射线中，而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，但中微子很容易逃逸。我们的新模型显示，超大质量黑洞系统是很有前途的地点，该模型可以用适度的能量需求解释100 TeV以下的中微子。”
新模型表明，围绕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热等离子体光环——可能就是这样一个来源。类似于日食时在太阳图片中看到的日冕，天体物理学家相信，黑洞在旋转的物质圆盘上方有一个日冕，这种物质被称为吸积盘，它通过引力作用在黑洞周围形成。这个日冕非常热(温度约10亿开尔文)，被磁化，而且是湍流的。在这种环境中，粒子可以被加速，从而导致粒子碰撞，产生中微子和伽马射线，但环境的密度足以防止高能伽马射线的逃逸。
Murase说:“这个模型还预测了中微子源在‘软’伽马射线中的电磁对等物， 杏耀平台注册优惠 ，而不是高能伽马射线。”高能伽马射线会被阻挡，但这不是故事的结局。它们最终会被级联到较低的能量，并以兆电子伏范围内的‘软’伽马射线的形式释放出来，但现有的大多数伽马射线探测器，比如费米伽马射线太空望远镜，都无法探测到它们。”
目前正在开发专门探索这种来自太空的软伽马射线发射的项目。此外，杏耀移动客户端即将到来的和下一代中微子探测器，地中海的KM3Net和南极洲的IceCube-Gen2将对这些来源更加敏感。有希望的目标包括北部天空的NGC 1068，其中报道了过量的中微子发射，以及南部天空中几个最亮的活跃星系。
Murase说:“这些新的伽马射线和中微子探测器将使对超大质量黑洞日冕的多星系辐射的深入研究成为可能。”“这将使严谨地检验这些源是否与我们的模型预测的冰立方观测到的大量中能级中微子有关成为可能。”
