宇宙射线和中微子源自何方

来源：中国科学院

被撕裂成碎片的恒星 图片来源：Chandra X-ray Observatory Center/NASA

　　一项日前发表于预印本服务器arxiv.org的研究表明，被黑洞撕碎的白矮星或许能解释人们在地球上看到的高能宇宙射线和中微子雨。

　　宇宙射线和中微子是来自太空且每天都在轰击地球的亚原子粒子“降雨”的一部分。不过，是什么产生了这些难以探测的粒子？一个由来自德国电子同步加速器研究所的Daniel Biehl领导的团队发现，白矮星上的潮汐力瓦解事件或许要对此负责。

　　“当恒星离黑洞太近导致其被强引力撕裂时，潮汐力瓦解事件便会发生。”来自美国亚利桑那州立大学的Cecilia Lunardini介绍说，“被摧毁恒星的部分残骸降落到黑洞里，而这导致黑洞释放能量并且令粒子加速。”

　　理论上，黑洞喷流的极端能量足以将同时产生高能中微子和超高能宇宙射线的级联反应中的原子核瓦解。研究人员发现，一个简单的过程——白矮星被撕裂产生的原子核瓦解并且在黑洞喷流中加速——会同时产生上述两种亚原子粒子。来自约翰斯·霍普金斯大学的Julian Krolik赞同说，这种可能性是存在的。

　　“对于宇宙射线是如何加速的，我们真的不太了解。”Krolik表示。由于研究人员无法确定宇宙射线如何达到如此高速度背后的机制，因此黑洞喷流的极端环境是否对此负责仍不得而知。

　　Krolik解释说，只有一小部分黑洞会产生相对论喷流，尽管科学家并不确定原因何在。同样的，只有一小部分黑洞的附近有能被撕裂以产生潮汐力瓦解事件的白矮星。这意味着成功观测能产生喷流的黑洞附近白矮星上的潮汐力瓦解事件需要时间和运气。

　　尽管潮汐力瓦解事件在数十年前便有了理论预测并且研究人员已发现足够多的潜在事件，但仅有少数观测得到证实。数据的匮乏意味着研究人员目前仍不理解潮汐力瓦解事件是如何呈现的，而对于它们是否是最高能宇宙射线和中微子的神秘来源知道得更少。

　　Lunardini对此表示赞同，并且认为最新研究是一种理论解释。只有人们同步观测到显示潮汐力瓦解事件的X射线和来自同一片天空的中微子时，它才会得到确认。即便如此，产生这些高能粒子的其他过程也可能在起作用。