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今年四月，一位来自宇宙深处的信使，到访了坐落北极冰层之下已经在等待它的冰立方（）。在迅速地追踪了那位访客的方向以后，化学学家辛运地在另一台环绕月球运行的望远镜中，捕捉到了一股来自同一方向的极高能幅射流。没错，那位遥远的访客便是科学家苦苦寻觅的“高能中微子”，这一次我们总算追踪到了它的宇宙源头，解决了困惑天文学家一个世纪之久的疑团。
科学家总算解决了高能中微子的起源之谜。图片：/
中微子是几乎没有质量的亚原子粒子，它们没有电荷，极少与周围环境发生互相作用，因而也被称为“幽灵粒子”。但事实上，每一秒钟，都有数以万亿计的“幽灵粒子”在不知不觉中穿过我们的身体。大多数的中微子都来自太阳。并且还有一小部份中微子拥有更高的能量，它们从特别深的深空中飞到我们身边。
中微子固有的捉摸不定的属性，妨碍了天文学家确定这种宇宙遨游者的起源，直到明日……南极的中微子观测站和其他一些仪器的观测，让研究人员追踪到了一个遥远耀变体（）中的宇宙中微子。耀变体是诸多活跃星体中的一种，也被称为活动星体核（AGN），在它的中央是一颗快速旋转的超大质量黑洞。
在大部份星体的中心——包括我们的银河系——都包含着一个质量为太阳数百万甚至是数十亿倍的巨大黑洞。在一些星体中，这个超大质量黑洞的周围会产生一个由二氧化碳、尘埃和星体碎片组成的吸积盘。当盘中的物质落入黑洞时，引力能会转化为光，使这种星体的中心特别明亮，因而这种星体被称为AGN。有一些AGN会发射出以接近光速运动的相对论性喷流。科学家将它们称之为类恒星。并且当一个星体形成的喷流刚好指向月球高能天体物理学包括，它就被称为耀变体。它跟类恒星一样高能天体物理学包括，只是指向了不同的角度。图片：,NRAO/AUI/NSF
除了这般，与宇宙中微子牵手同行的还有宇宙射线，宇宙射线是不断地撞击月球的高能带电粒子。所以，新的发觉觉得耀变体起码也是速率最快的一些宇宙射线的加速器。天文学家自1912年首次发觉宇宙射线时，就对它们饱含了好奇。但这种粒子的带电属性令它们失利，这促使宇宙射线在快速划过太空时，会遭到各类天体不同的牵引。最终能被成功侦测的是哪个能径直完成太空旅行的幽灵粒子。
耀变感受加速质子（p），从而形成π介子，而π介子又会形成中微子（ν）和伽马射线。图中的红色腰线代表了中微子的传播路径，穿过了北极洲；而伽马射线的路径由红色腰线表示。图片：/NASA
中微子天文台的首席科学家在接受的专访时说：“对宇宙射线来源的找寻早已持续了一个多世纪。如今，我们总算找到了一个。
众人之力
坐落北极冰层下的2.4公里深处，由86根武器了传感的线缆组成，每根线缆包含有60个足球大小的“数字光学模块”。这种光学模块配备有灵敏的光侦测器，用于搜救宇宙中最极端的天体风波辐射出的高能中微子。
坐落北极洲的。图片：/NSF
这种侦测器是被设计来侦测中微子与原子核互相作用后发射的特点蓝光。（这些蓝光由反应形成的次级粒子发射。覆盖北极的冰层会制止中微子以外的粒子到达侦测器从而污染数据。）说，侦测到中微子是罕见的风波，每年只能侦测到几百个中微子。
当中微子穿越浮冰时会发出微弱的光，这些光能被的光电侦测器捕捉到，并追踪到这种中微子在天空中的起源。图片：
但是，2017年9月22日，侦测到了另一种宇宙中微子。这些中微子能量极高，大概为——几乎比质子绕小型强子对撞机（LHC，月球上最强悍的粒子加速器）加速一圈的能量高50倍。在测量的1分钟内，仪器发出了手动通知，提醒其他天文学家注意发觉，并接力侦测可能是粒子源的那一小块天空。
整个团队回应了：地面上与天空中近20台望远镜，横越电磁波的各个波段，从低能量射电波到高能伽马射线，侦测到了那片天区。联合观测发觉中微子源是已知的、被称为TXS0506+056的耀变体，距离月球大概40亿光年。
2017年9月22日，向国际天文联合会报告了侦测到高能中微子的预警。在月球和太空中的约20个天文台进行了后续观测，这让科学家们就能确定哪些是高能中微子的来源，因而也就确定了宇宙射线的来源。不仅中微子之外，通过电磁光谱进行的研究还包括在伽玛射线、x射线、光学和射电幅射波段进行的观测。图片：R./NSF/
比如，一些不同仪器——包括NASA月球轨道费米伽马射线太空望远镜，以及加那利群岛的MAGIC望远镜——的后续观测也发觉了源自TXS0506+056的剧烈伽马射线暴。另外，团队浏览了档案数据，并发觉了数十个虽然来自同一耀变体的宇宙中微子。这种粒子是侦测器在2014年末到2015年初测量到的。
的资深科学家Karle在一份申明中说道：“所有的拼图都彼此吻合。我们档案数据中的中微子磁暴成为一份独立的证据。连同其他天文台的观测，这种证据有力地表明，这个耀变体正是高能中微子，也就是高能宇宙射线源。”
多信使天体化学学的崛起
耀变体是一种特殊类型的高光度活动星体，它能喷射出光和粒子的双喷流束，其中一束直接对准月球。这就是为何在我们看来耀变体这么明亮的部份缘由。天文学家早已在宇宙中发觉了数千个耀变体，没有一个像TXS0506+056一样向我们发射中微子。说：“这一源头具有非常之处，我们必须弄清楚它是哪些。”
耀变体TXS0506+056坐落猎户座方向上（图中浅黄色靶子）。图片：Bravo/
这只是从新结果衍生出的诸多问题之一。诸如，也想晓得加速机制是哪些：耀变体究竟是怎样让中微子和宇宙射线达到这么惊人的速率的？基于新研究中显示出的“多信使天体化学学”（用起码两种不同类型的讯号来探求宇宙）的力量，对在不久的将来能解答这种问题表示豁达。
这是多信使天文学的又一个里程碑。（第一个来自2017年10月，当时科学家宣布，她们通过观测一个剧烈的碰撞风波发射出的电磁幅射和引力波，对两颗超高密度的中子星碰撞进行了剖析。）从此次多信使观测风波中我们可以学到好多：
多信使天文学（中微子、引力波和电磁波）时代的到来，还能帮助我们更好的探求宇宙。图片：
日本国家科学基金会（NSF）校长在同一份申明中说：“多信使天体化学学的时代早已到来。每一个信使——从电磁幅射到引力波再到现今的中微子，都让我们对宇宙有了更全面的了解，也让我们对天空中最强悍的天体和风波有了更重要的新看法。
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