3種能量極高、身世神秘的宇宙射線，可能都來自星系中央巨大黑洞的噴流

[peter]

http://www.cnbeta.com/articles/science/692517.htm

3種能量極高、身世神秘的宇宙射線，可能都來自星系中央巨大黑洞的噴流

超高能宇宙射線、高能中微子和高能伽馬射線

賓夕法尼亞州立大學和馬里蘭大學研究人員在新一期英國《自然·物理學》雜志網絡版上發表論文說，他們提出一個新模型。

首次通過詳細運算解釋了超高能宇宙射線、高能中微子和高能伽馬射線這3類“宇宙信使”的起源，即在星系中央活動特別劇烈的區域，超大質量黑洞產生的噴流可以產生這3類高能宇宙射線

宇宙射線是來自外太空的帶電高能次原子粒子，每時每刻都有無數這樣的粒子像雨一樣傾瀉到地球上，它們攜帶著宇宙起源和天體演化的信息，被視為“宇宙信使”。這些粒子的來源是宇宙學最大謎題之一，能量極高的那些尤為神秘。

超高能宇宙射線主要由原子核組成，攜帶能量超過10的18次方電子伏特，遠遠超出人類建造的最強大粒子加速器所能達到水平。中微子是一種質量極小、穿透力超強、與普通物質幾乎不發生相互作用的基本粒子，高能中微子能量為10的15次方電子伏特級別。伽馬射線是波長很短的電磁波，高能伽馬射線能量為10的12次方電子伏特級別。

研究人員說，這3類高能宇宙射線的能量雖然相差幾個數量級，但有著某種類似特征，可能同出一源。

旋轉的超大質量黑洞一邊吞噬物質，一邊從兩極噴出物質，速度可接近光速。模型顯示，宇宙射線被噴流加速后，能量較低的那些被束縛在附近區域并冷卻下去；而能量較高的部分可以逃離星系中央，穿越廣闊的宇宙空間，成為被人類觀測到的超高能宇宙射線。后者與星際物質進一步發生反應，產生高能中微子和高能伽馬射線。

研究小組期待這一模型得到新數據的檢驗，尤其是來自下一代中微子探測設備和伽馬射線望遠鏡陣列的數據

[peter]

https://technews.tw/2018/01/25/cosmic-ultra-high-energy-cosmic-rays-neutrinos-particles-gamma-rays-agn-supermassive-black-hole-jet/

超高能宇宙射線、高能微中子和高能伽馬射線的起源是宇宙物理學的最大奧祕，現在，有個全新模型可同時解釋這 3 種擁有極端能量的粒子可能都來自同一地方：由強壯的超大質量黑洞噴流加速產生。

1962 年，科學家首次發現超高能宇宙射線（Ultra-high-energy cosmic ray，UHECR），以光速穿越黑暗，是來自外太空的帶電高能次原子粒子，沒人能確定它們的起源地，其能量遠超過地球最強大的粒子加速器──大型強子對撞機所能產生的能量，至少高出數百萬倍。

微中子則是一種質量最小、有如幽靈般的粒子，它們能輕易穿透物質而不被察覺（比如它在太陽最高溫核心處形成，然後悄無聲息的穿透太陽外層）；它們也很少和別人打交道，不會參與電磁交互作用及強交互作用，想發現它們就像諜對諜。

伽馬射線則是目前宇宙擁有最高能量的電磁波，波長在 0.01 奈米以下，穿透力極強，能量比可見光高出 10 億倍以上。

由於這 3 種粒子各有千秋，過去科學家自然而然選擇分開追蹤，或以不同的方法為這些粒子牽線，比如當宇宙射線與物質相互作用時應該會產生伽瑪射線，也可能產生中微子。

賓州大學物理學及天體物理學助理教授 Kohta Murase 稱「超高能宇宙射線」、「高能微中子」和「高能伽馬射線」為「宇宙使者」，他認為，3 種粒子的速度幾乎旗鼓相當不會是單純巧合，因此他和團隊基於詳細的數值計算、匹配每個粒子的觀測值，終於提出一個「三合一」新模型，解釋這 3 種粒子為何在宇宙中有驚人相似的功率輸入。
怪物黑洞是關鍵

團隊將目光瞄向了活躍星系核（AGN），這是半個世紀以來認定為帶來宇宙射線的最大嫌疑犯，星系核中心是一個超大質量黑洞，有些伴隨強大噴流，以光速吐出些粒子殘渣。當高能高能宇宙射線從噴流摩擦中產生時，新模型順便解釋了高能微中子和高能伽馬射線都是高能宇宙射線和其他星系團、氣體碰撞時產生的子粒子。

新模型試圖為多粒子物理學提供大一統格局，幫助未來研究能更得心應手，畢竟揭開極端能量宇宙粒子的祕密，對深入了解宇宙至關重要。