高能且難以探測的中微子在到達地球之前行進了數十億光年。儘管人們知道這些基本粒子來自我們宇宙的深處，但它們的確切來源仍然是個謎。由維爾茨堡大學和日內瓦大學領導的一個國際研究小組正在揭示這個謎團的一個方面：中微子被認為是在耀變體中誕生的，耀變體是由超大質量黑洞供給的星系核。這些結果於7月14日發表在《天體物理學雜誌快報》上。
我們星球的大氣層不斷受到宇宙射線的轟擊。這些由能量極高的帶電粒子組成。作為參考，這比世界上最強大的粒子加速器–日內瓦附近的歐洲核子研究中心的大型強子對撞機–所達到的能量多一百萬倍。這些令人難以置信的高能粒子來自外太空深處，並已旅行了數十億光年。它們起源於哪裡，是什麼讓它們以如此巨大的力量穿過宇宙？一個多世紀以來，這些問題一直是天體物理學的最大挑戰之一。
宇宙射線的誕生地會產生中微子。這些中性粒子是非常難以探測的。它們幾乎沒有質量，幾乎不與物質發生作用。它們在宇宙中飛馳，可以直接穿過星系、行星和人體，幾乎沒有任何痕迹。來自德國維爾茨堡大學的天體物理學教授Sara Buson解釋說：“天體物理學中微子完全是在涉及宇宙射線加速的過程中產生。這正是使這些中微子成為獨特信使的原因，為確定宇宙射線源鋪平了道路。”
儘管天體物理學家已經收集了大量的數據，但多年來，高能中微子與產生它們的天體物理源的關聯仍然是一個未解決的問題。Sara Buson一直認為這是一個重大挑戰。正是在2017年，這位研究人員和合作者在《科學》雜誌上首次將一個耀變體（TXS 0506+056）作為潛在的中微子源納入討論。耀變體是由超大質量黑洞驅動的活躍星系核，其發出的輻射比整個星系都要多得多。該出版物引發了一場關於耀變體和高能中微子之間是否真的存在聯繫的科學辯論。
在這個令人鼓舞的第一步之後，2021年6月，Buson教授的小組在歐洲研究理事會的支持下開始了一個雄心勃勃的多信使研究項目。這涉及分析來自宇宙的各種信號（”信使”，如中微子）。主要目標是闡明天體物理中微子的起源，並可能確定耀變體是銀河系外高能中微子的第一個來源，具有高度的確定性。
該項目現在顯示出它的第一次成功。在《天體物理學雜誌快報》上，Sara Buson與她的小組、前博士后研究員 Raniere de Menezes和日內瓦大學的Andrea Tramacere一起報告說，可以以前所未有的確定性將耀變體與天體物理中微子聯繫起來。
Andrea Tramacere是相對論射流–加速物質的流出，接近光速–特別是耀變體射流中的加速過程和輻射機制的數值建模專家之一。“黑洞的吸積過程和旋轉導致了相對論射流的形成，粒子在這裡被加速併發出輻射，其能量可達可見光的一萬億倍！。發現這些天體與宇宙射線之間的聯繫可能是高能天體物理學的‘羅塞塔石碑’！”
為了得出這些結果，研究小組利用了來自南極冰立方中微子天文台的中微子數據–這是目前運行中的最敏感的中微子探測器–以及BZCat–最精確的耀變體目錄之一。“有了這些數據，我們必須證明那些方向位置與中微子重合的耀變體不是偶然存在的。”為了做到這一點，UNIGE的研究人員開發了能夠估計這些天體在天空中的分佈看起來有多相同的軟件。“在擲了幾次‘骰子’之後，我們發現隨機關聯只能在一百萬次試驗中超過真實數據的一次！這有力地證明了我們的關聯是真實的。這有力地證明了我們的聯想是正確的。”
儘管取得了這一成功，研究小組認為，這第一批天體樣本只是“冰山一角”。這項工作使他們能夠收集到 “新的觀測證據”，這是建立更真實的天體物理加速器模型的最重要成分。“我們現在需要做的是了解發射中微子和不發射中微子的天體之間的主要區別是什麼。這將有助於我們了解環境和加速器相互‘對話’的程度。然後，我們將能夠排除一些模型，提高其他模型的預測能力，最後，為宇宙射線加速的永恆難題添加更多的碎片！”