AT2019dsg 由一巨型黑洞吞噬撕裂恆星造成,部份恆星碎片會被拋出造成光芒,形成潮汐干擾事件 (tidal disruption event, TDE) Credit: DESY, Science Communication Lab

2019 黑洞撕裂恆星發出無線電波 未能測出「幽靈粒子」來源

於 2019 年探測到的宇宙無線電波 AT2019dsg ,被指是由黑洞撕裂恆星造成並產生的俗稱「幽靈粒子 (ghost particle) 」的高能中微子。不過月初刊於《天體物理學雜誌》的研究指,經分析後發現至少就撕裂恆星的黑洞而言, AT2019dsg 相當普通,其發出的能量不足以產生「幽靈粒子」。

AT2019dsg 於 2019 年 4 月 9 日首次被探測到,來自 7.5 億光年外的星系。 X 射線和無線電觀測證實了是來自一個超大質量黑洞,其質量則是太陽質量的 3,000 萬倍,並曾釋放出耀眼耀斑形成潮汐干擾事件 (tidal disruption event, TDE) 。

要撕裂一顆恆星,首先恆星距黑洞足夠近,以至被黑洞的引力捕獲;黑洞的巨大潮汐力首先拉伸,然後用力拉動恆星至其撕裂,而 TDE 是指黑洞撕裂恆星過程中,被解體的恆星有一半碎片在黑洞周圍旋轉成圓盤時發出光芒,並在被拉出事件視界 (event horizon) 前產生巨大的熱量和光;恆星另一半碎片則會被拋入太空中。

撕裂一顆恆星 恆星距黑洞距離要近

AT2019dsg 出現後近 6 個月,即 2019 年 10 月 1 日,南極的 IceCube 中微子探測器探測到了一個名為 IC191001A 的中微子,其能量水平超過 200 太電子伏特 (teraelectronvolts) 。

中微子 (neutrino) 被稱為「幽靈粒子」,因為它們的質量幾乎為零,能以接近光速的速度飛行,而且並不真正與正常物質互動;然而,有時中微子會互動,這亦是 IceCube 的工作原理:當中微子與南極冰相遇便會產生閃光,探測器在冰層深處挖出隧道,令閃光更為突出。

根據光的傳播方式和亮度等特徵,科學家可計算出中微子的能量級以及其來源方向。此前 IC191001A 被指是來自 AT2019dsg 的方向,如此接近以至於學者計算出中微子和該次 TDE 無關的可能性只有 0.2% 。

然而說法引發一些重大問題。領導是次研究的哈佛天體物理學中心天文學家 Yvette Cendes 質疑,如果這個中微子以某種方式來自 AT2019dsg ,但為何學界無在這個距離或更近的地方發現與超新星相關的中微子?因為後者更常見,並且具有相同的能量速度。

從光的傳播和亮度 可計算中微子能量

由 Cendes 領導的研究小組利用智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列 (ALMA) 在無線電波長中觀察 AT2019dsg  500 多天,發現 TDE 在無線電波長中持續變亮約 200 天,並在達到峰值後開始慢慢變暗。

團隊亦計算了該 TDE 流出中的能量總量,大約與太陽在 3,000 萬年中釋放的能量一樣多,屬於 TDE 以及 Ib 型和 Ic 型超新星的能量發出標準範圍內。

然而,要產生與 IC191001A 一樣高能的中微子,流出的能量需要大 1,000 倍左右。此外該能量流出需要有一個奇怪的幾何形狀,而 AT2019dsg 並不是如此。換言之, AT2019dsg 相當普通,可能需要一個新的說法來解釋 IC191001A 的出現。

不過,人類仍然對中微子和 TDE 有很多不了解,意味著 AT2019dsg 將繼續受到關注。 Cendes 也補充,團隊可能會再次檢測 AT2019dsg ,因為該黑洞仍正在吞噬恆星。

來源:
Science Alert, A Mysterious 'Ghost Particle' Probably Didn't Come From a Black Hole's Meal After All, 16 October 2021

報告:
Cendes, Y., Alexander, K.D., Berger, E. & et al. (2021). Radio Observations of an Ordinary Outflow from the Tidal Disruption Event AT2019dsg. The Astrophysical Journal vol 919 Number 2. doi: 10.3847/1538-4357/ac110a

文/Alan Chiu

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