南極冰立方中微子天文臺探測到的中微子事件IceCube 170922A，似乎起源於遙遠的活動星系TXS 0506+056，距離地球為38億光年。TXS0506+056是眾多活動星系中的一個，為什麼以及如何只有這個特定的星系產生中微子，至今仍是一個謎。由馬克斯·普朗克學會射電天文學研究所的Silke Britzen領導一個國際研究小組，研究了2009年至2018年中微子事件前後源的高解析度無線電觀測。該小組提出，早期中微子耀斑期間增強的中微子活動和單箇中微子可能是由TXS0506+056內的宇宙碰撞產生。

噴流物質在超大品質黑洞附近的碰撞似乎產生了中微子。其研究結果於2019年10月2日發表在《天文學與天體物理學》期刊上。2018年7月12日，冰立方合作組織宣佈檢測到第一個高能中微子，IceCube-170922A，它可以追溯到遙遠的宇宙起源。

雖然中微子的宇宙起源被懷疑已有相當一段時間，但這是第一個可以確認其來源來自外層空間的中微子。這個中微子的“家”是一個活動星系核(AGN)，即一個以超大品質黑洞為中心引擎的星系。一個國際團隊現在可以證明中微子的產生機制，並發現了一種相當於地球上對撞機的東西：噴射物質的宇宙碰撞。

活動星系核是宇宙中最有能量的物體之一，在超大品質黑洞的推動下，物質正在被吸積，等離子體(所謂的噴流)被髮射到星系間的空間。BL Lac天體形成了一類特殊的活動星系核，其中噴流直接指向我們並主導觀察到的輻射。中微子事件IceCube-170922A似乎起源於BL Lac天體TXS0506+056，這是一個紅移為z=0.34的星系，對應於38億光年的光傳播距離。IceCube協作對冰立方檔案資料的分析揭示了2014年9月至2015年3月較早時候中微子活性增強的證據。其他BL Lac物件顯示的屬性與TXS0506+056屬性非常相似。

主要作者、馬克斯·普朗克學會射電天文學研究所(MPIfR)的Silke Britzen解釋道：這有點神祕，然而，為什麼只有TXS 0506+056被確定為中微子發射器。科學家想要解開TXS0506+056的特殊之處，了解中微子的產生過程和定位發射地點，並研究了一系列高解析度的噴射流無線電影象。令人大吃一驚的是，研究人員發現TXS0506+056中的噴射物質之間存在著意想不到的相互作用。雖然通常假設噴射等離子體在一種通道中不受干擾地流動，但在TXS0506+056中情況似乎有所不同。

該研究小組提出，2014-2015年中微子耀斑期間增強的中微子活動和單個EHE中微子，IceCube-170922A可能是由源中的宇宙碰撞產生。這種宇宙碰撞可以用新的噴射物撞擊舊噴射物來解釋。強彎曲射流結構為這種情況提供了適當的設定。另一種解釋涉及同一來源的兩個噴射流碰撞。在這兩種情況下，都是噴射物質的碰撞產生中微子。這種噴射物質的碰撞是目前唯一可行機制，可以解釋來自這個來源的中微子檢測。同時還為我們提供了對噴射物質的重要洞察力，並解決了一個長期存在的問題：

噴射是由電子和正電子組成的輕子，還是由電子和質子組成的強子；還是兩者的組合。至少部分噴射物質必須是強子，否則就不會檢測到中微子。在宇宙演化過程中，星系碰撞似乎是一種頻繁的現象。假設兩個星系都包含中心超大品質黑洞，星系碰撞可能導致中心形成黑洞對。這對黑洞可能最終合併產生超大品質的黑洞合併，就像LIGO/Virgo合作在引力波中檢測到的那樣。多年來，人們一直在研究具有小間隔僅為光年的雙黑洞活動星系核(AGN)，然而，它們似乎很少見，而且很難識別。

除了噴射物質的碰撞，研究小組還發現了TXS0506+056中心噴流進動的證據。根據華沙理論物理中心的Michal Zajaček所說：這種進動一般可以用超大品質黑洞雙星的存在或愛因斯坦廣義相對論預測的倫斯-瑟林進動效應來解釋。後者也可能由中心第二個更遠的黑洞觸發。這兩種情況都會導致噴流方向的漂移，研究也觀察到了這一點。海德堡馬克斯·普朗克天文學研究所的克里斯蒂安·芬特感到驚訝：我們對噴射源的觀察越近，內部結構和噴流動力學就越複雜。

雖然雙星黑洞產生了更復雜的流出結構，但從星系合併形成星系的宇宙學模型中自然可以預料到它們的存在。Silke Britzen強調了這些發現的科學潛力：通過研究射流內部來了解中微子產生是非常棒的，如果我們的分析提供了具有兩個射流雙黑洞噴射源的另一個候選者，這將是一個突破這似乎是首次報道兩個噴射流在幾光年尺度上可能發生的碰撞，而且中微子的檢測可能追溯到宇宙噴射流的碰撞。雖然TXS 0506+056可能不能代表BL Lac天體的類別，但這個源可以為噴射物質的重複相互作用和中微子產生提供適當機制。

參考期刊《天文學與天體物理學》

DOI: 10.1051/0004-6361/201935422