自宇宙射线发现以来，天文学家为了解开它们的起源地几乎要抓破头皮，有一种称为微中子的幽灵粒子可以帮助解开奥秘，但我们需要有追踪微中子的技术与仪器。终于，位于南极的 IceCube 探测器办到了！这是科学家第一次匹配宇宙微中子起源，来自距离地球 40 亿光年远的耀变体 TXS 0506 + 056。
首先讲讲宇宙射线与微中子的关系。超高能宇宙射线是带电的高能亚原子粒子，99% 为质子和氦原子核（即 α 粒子），由奥地利物理学家 Victor Hess 在 1912 年证实来自外太空而不是地球上的放射性元素，能量可达 10 9 ~10 20 电子伏特（比 1 亿兆还要高），比地球最强人造粒子加速器“大型强子对撞机（LHC）”粉碎质子的能量还要高出 1,000 万倍。
但因为宇宙射线是带电粒子，行进路径只要遇到磁场就会被偏转（所以地球偏转掉大部分危险宇宙射线），因此我们不可能追踪出它的起源点，这就是为何科学家始终解读不了宇宙射线来自何方的阻碍。
而微中子虽然同样精力充沛，却不带电荷（电中性），即便路过最强大的磁场也不会被转移焦点，自生成后就以趋近光速的速度在太空中直线前进，加上这些幽灵粒子只参与弱交互作用和重力交互作用，因此除非它撞到其他物质产生相应的带电粒子，否则很难发现；也就是说，微中子可以轻易穿过行星、恒星、星系、星际尘埃等一般物质，就像子弹打过雾一样轻松且不易改变本质。
最重要的，无论是带电的宇宙射线粒子还是不带电的微中子粒子，实验证据表明两者都会在质子加速器中产生，地球上的质子加速器为 LHC，那么宇宙的质子加速器是谁？等我们找出宇宙微中子的起源就知道了。科学家相信，只要能找到微中子起源，就等同于找到宇宙射线起源。
▲ 微中子与冰分子相撞产生相应的带电粒子。（Source：IceCube）
去年，科学家首度确认超高能宇宙射线来自银河系外，但仍不知道宇宙射线具体到底来自哪个星系、哪种天体；今年初，一个全新模型同时解释了超高能宇宙射线、高能微中子和高能伽马射线这 3 种拥有极端能量的粒子，可能都来自同一地方：超大质量黑洞的喷流加速产生。
现在，座落于地球南极冰层深处的冰立方微中子天文台（IceCube）终于找到宇宙高能微中子的起源了！
冰立方微中子天文台（IceCube）于 2005 年开始建设、2010 年 12 月 18 日完工，是世界上最大的微中子望远镜，目标旨在抓出微中子起源地，进一步解谜困恼科学家逾半世纪的超高能宇宙射线来源。
去年 9 月 22 日，IceCube 发现了一颗中微子 IceCube-170922A，其携带能量高达 300 TeV（在大型强子对撞机中循环绕行的质子能量为 6.5 TeV）。望远镜立刻响起警报，1 分钟内通知全球合作望远镜投入检测。
IceCube 可以推断微中子的能量水平并追溯来源，告知其他望远镜微中子来自猎户座附近，几天内，两个伽玛射线望远镜：美国太空总署（NASA）费米伽玛射线太空望远镜（Fermi Gamma-ray Space Telescope）及魔法望远镜（Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope，MAGIC），率先在相同方向、相同位置探测到高能伽马射线，来源是耀变体 TXS 0506 + 056，距离地球 40 亿光年、位于一个巨大椭圆星系的心脏。
（Source：NASA）
耀变体（blazar）也被称为活跃星系核（AGN），被假定为处于寄主星系中央的超大质量黑洞，是目前已观测宇宙中最剧烈的天体活动现象之一。
科学家再回头查看费米望远镜之前对 TXS 0506 + 056 的观测结果，发现 2014 年底左右，同一物体爆发爆发长达 5 个月时间；IceCube 团队回头查看近 10 年的微中子数据时，也发现在那几个月里，有十几个高能微中子撞上南极冰。
再经过后续各项研究分析，单一微中子与伽马射线来自相同方向的巧合概率只有千分之一，换句话说不可能是巧合，科学家能确定耀变体 TXS 0506 + 056 释放之高能辐射与微中子携带能量相匹配。
这场突破有助于解决天体物理学和天文学中最古老的问题，至少我们已经证明了耀变体就是宇宙中生成高能微中子和宇宙射线的质子加速器。
- Neutrinos on Ice: Astronomers’ Long Hunt for Source of Extragalactic “Ghost Particles" Pays Off
- Astronomers trace the source of a high-energy particle that slammed into Earth
- High-Energy ‘Ghost Particle’ Traced to Distant Galaxy in Astronomy Breakthrough
- In a cosmic first, scientists detect ‘ghost particles’ from a distant galaxy
- ‘Ghost particle’ found in Antarctica provides astronomy breakthrough
（首图来源：IceCube）
延伸阅读：
- 就是要问你从哪来！科学家首破解，超高能宇宙射线来自银河系外
- 成谜半世纪，新模型同时解释宇宙 3 种极端粒子的来源
- 重大物理实验，科学家可能发现假想基本粒子“惰性微中子”
