南极地下的天文台开启了幽灵粒子天文学的新纪元

　　距离你所在的地方大约4700万光年，一个名为NGC 1068的充满黑洞的星系中心正在吐出成片的神秘粒子。它们是成堆的中微子，也被称为臭名昭著的难以捉摸的幽灵粒子，在我们的宇宙中无影无踪。
　　这些看不见的碎片在出现后，立即在宇宙中急速移动。它们从我们能看到的明亮的恒星身边掠过，并从充满了我们尚未发现的空间中滑过，直到降落在地球上。然后，它们像精灵一样钻进南极，不被人类的眼睛发现，也不被外部力量所束缚。
　　中微子的旅程是无缝的。但科学家们耐心地等待着它们的到来。
　　冰立方中微子观测站（IceCube Neutrino Observatory，以下简称冰立方）坐落在南极洲地表下超过2公里（1.24英里）的约10亿吨冰中。你可以叫它中微子追踪器。当任何中微子将它们的聚会转移到这个寒冷的大陆时，冰立方就会做好准备。而当NGC 1068的来到地球时，它确实准备好了。
　　在将于周五发表在《科学》杂志上的一篇论文中，这个雄心勃勃的装置背后的国际团队证实，它已经发现了79个＂高能中微子发射＂的证据，它们来自NGC 1068所在的地方。
　　这标志着一种前所未有的奇特粒子的起源，并为新的、无尽的物理学类型打开了大门。科学家称之为＂中微子天文学＂。
　　这将是天文学的一个分支，可以做现有分支根本做不到的事情。
　　一片星空显示了银河系的中心。地面上是南极洲白雪皑皑的表面，上面有一个结构。暮色中的冰立方实验室正面图，星空中显示出头顶上的一抹银河，阳光在地平线上徘徊。
　　在今天之前，物理学家们只认为中微子来自太阳、我们星球的大气层一种叫做放射性衰变的化学机制、超新星以及--由于冰立方在2017年的第一个突破--一个炽热星，或贪婪的超大质量黑洞直接指向地球。一个被称为TXS 0506+056的黑洞。
　　但是现在，随着这个新发现的中微子源，我们正在进入这个粒子的故事的新时代。事实上，根据研究小组的说法，源自NGC 1068的中微子所拥有的能量可能高达数百万、数十亿，甚至数万亿，是植根于太阳或超新星的中微子所拥有的能量。这些数字令人瞠目结舌，因为一般来说，这种幽灵般的比特是如此强大，但又是如此逃避，每一秒都有数万亿的中微子刺入你的身体。你只是无法分辨。
　　如果你想阻止一个中微子，你需要用一块一光年宽的铅块来对付它--尽管即便如此，也会有一小部分的成功机会。因此，利用这些粒子，不管是不是NCG 1068的版本，都可以让我们穿透宇宙中那些没有中微子力量就无法到达的区域。
　　有一天，中微子甚至可能使我们在知识方面进入可见宇宙的边缘，而在光方面则超越可见宇宙。
　　这一刻的巨大意义不仅在于它为我们提供了一个直到1956年才宣布存在的奇怪粒子的更多证据，而且还在于中微子就像我们宇宙后台的钥匙。它们拥有揭示现象和解决我们无法通过任何其他手段解决的难题的能力，这也是科学家们首先试图发展中微子天文学的主要原因。
　　美国国家科学基金会的丹尼斯-考德威尔（Denise Caldwell）和冰立方团队的一名成员周四告诉记者：＂宇宙有多种方式与我们交流。＂电磁辐射，我们看到的是来自恒星的光，摇动空间结构的引力波--以及基本粒子，如质子、中子和电子由局部来源喷出。＂这些基本粒子之一一直是渗透到宇宙中的中微子，但不幸的是，中微子非常难以探测。＂
　　事实上，即使是NGC 1068星系及其巨大的黑洞锚，通常也被厚厚的尘埃和气体的面纱所掩盖，使得它很难用标准的光学望远镜和设备来解析--尽管科学家们多年来一直试图刺破它的幕布。
　　美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜在这种情况下可能有一个优势，因为它的红外线捕捉能力极强，但探测中微子可能是一个更好的方式。
　　预计在过滤我们的宇宙的这种不透明的屏幕后面产生，这些粒子可以从这些屏幕后面携带宇宙信息，在与基本上没有其他物质相互作用的情况下，跨越遥远的距离，并向人类提供关于难以捉摸的外层空间角落的原始的、未经触及的信息。
　　慕尼黑工业大学的Elisa Resconi和冰立方团队成员谈到NGC 1068时说：＂从某种意义上说，我们非常幸运，因为我们可以获得对这个物体的惊人理解。＂
　　在这个基于南极冰立方实验室真实图像的艺术渲染中，一个遥远的源头发射出中微子，被冰立方的传感器（称为DOM）探测到冰层之下。
　　冰立方/NSF
　　同样值得注意的是，与NGC 1068相似的星系--被归类为塞弗特星系--比与TXS 0506+056相似的炽热星系多得多。这意味着IceCube的最新发现可以说是中微子天文学家比该天文台的开创性发现更大的进步。
　　也许在整个宇宙中扩散的大部分中微子都扎根于NGC 1068的二重体。但从大的方面来看，中微子的优点远不止其来源。
　　正如威斯康星大学麦迪逊分校的贾斯汀-范登布洛克和冰立方团队成员所说，这些幽灵适合于解决天文学中的两个主要谜团。
　　首先，我们宇宙中的大量星系在其中心拥有引力巨大的空洞，黑洞的质量比我们的太阳大几百万到几十亿倍。而这些黑洞在活动时，会从它们的内部喷出光束--发出的光亮足以照亮银河系中的每一颗恒星。＂我们不明白这是如何发生的，＂范登布洛克简单地总结道。
　　第二是宇宙射线的一般的，但持续存在的难题。
　　我们也不知道宇宙射线从何而来，但这些粒子串的能量比我们在地球上用人类建造的粒子加速器（如欧洲核子研究中心的粒子加速器）所能达到的能量要高出数百万倍。
　　＂我们认为中微子有一些作用，＂Vandenbroucke说。＂有些东西可以帮助我们解答黑洞为非常明亮的星系提供动力和宇宙射线的起源这两个谜题。＂
　　用十年的时间来捕捉少量的东西
　　明确地说，冰立方并不完全捕捉中微子。它甚至没有真正直接扫描它们的脚步声。
　　基本上，这个天文台告诉我们，每次中微子碰巧与笼罩它的冰块发生相互作用时。＂中微子几乎不与物质相互作用，＂范登布拉克强调说。＂但它们有时确实会发生互动。＂
　　当数以百万计的中微子射入冰立方所在的冰区时，至少有一个中微子倾向于撞上一个冰原子，然后冰原子碎裂并产生一道闪光。冰立方的传感器捕捉到了这一闪光，并将信号发送到地面上，然后由数百名科学家进行分析的通知。
　　冰立方探测器的效果图显示了中微子与冰分子的互动。
　　十年的光闪数据让最新发现背后的团队几乎摸清了天空中每个中微子似乎来自哪里。很快就发现，在NGC 1068星系所在的地方有一个密集的中微子发射区域。
　　冰立方最新的天空结果中的一张图。它显示了中微子似乎来自整个宇宙，并指出了最密集的地点作为来源。
　　在北半球扫描点源的天空图，显示了中微子似乎来自整个宇宙的哪些地方。NGC 1068的圆圈也与北方天空中整体最热的地方相吻合。
　　但是，即使有这样的证据，雷斯科尼说团队知道＂现在还不是开香槟的时候，因为我们仍然有一个基本问题要回答。这种排列有多少次是偶然发生的？我们怎么能确定中微子确实来自这样一个物体？＂
　　因此，为了使事情尽可能具体化，并真正地、真正地证明这个星系在吐出幽灵，＂我们生成了5亿次相同的实验，＂雷斯科尼说。
　　＂佐治亚理工学院的Ignacio Taboada和冰立方团队成员说：＂就寻找新的中微子来源而言，我们只是开始从表面开始。＂肯定还有许多比NGC 1068更深的来源，藏在某个地方等待我们去发现。＂