高能天文學謎團重大突破，IceCube 探測器首確認宇宙微中子來源
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自宇宙射線發現以來，天文學家為了解開它們的起源地幾乎要抓破頭皮，有一種稱為微中
子的幽靈粒子可以幫助解開奧秘，但我們需要有追蹤微中子的技術與儀器。終於，位於南
極的 IceCube 探測器辦到了！這是科學家第一次匹配宇宙微中子起源，來自距離地球
40 億光年遠的耀變體 TXS 0506 + 056。
首先講講宇宙射線與微中子的關係。超高能宇宙射線是帶電的高能亞原子粒子，99% 為質
子和氦原子核（即 α 粒子），由奧地利物理學家 Victor Hess 在 1912 年證實來自外
太空而不是地球上的放射性元素，能量可達 10 9 ~10 20 電子伏特（比 1 億兆還要高
），比地球最強人造粒子加速器「大型強子對撞機（LHC）」粉碎質子的能量還要高出
1,000 萬倍。
但因為宇宙射線是帶電粒子，行進路徑只要遇到磁場就會被偏轉（所以地球偏轉掉大部分
危險宇宙射線），因此我們不可能追蹤出它的起源點，這就是為何科學家始終解讀不了宇
宙射線來自何方的阻礙。
而微中子雖然同樣精力充沛，卻不帶電荷（電中性），即便路過最強大的磁場也不會被轉
移焦點，自生成後就以趨近光速的速度在太空中直線前進，加上這些幽靈粒子只參與弱交
互作用和重力交互作用，因此除非它撞到其他物質產生相應的帶電粒子，否則很難發現；
也就是說，微中子可以輕易穿過行星、恆星、星系、星際塵埃等一般物質，就像子彈打過
霧一樣輕鬆且不易改變本質。
最重要的，無論是帶電的宇宙射線粒子還是不帶電的微中子粒子，實驗證據表明兩者都會
在質子加速器中產生，地球上的質子加速器為 LHC，那麼宇宙的質子加速器是誰？等我們
找出宇宙微中子的起源就知道了。科學家相信，只要能找到微中子起源，就等同於找到宇
宙射線起源。
去年，科學家首度確認超高能宇宙射線來自銀河系外，但仍不知道宇宙射線具體到底來自
哪個星系、哪種天體；今年初，一個全新模型同時解釋了超高能宇宙射線、高能微中子和
高能伽馬射線這 3 種擁有極端能量的粒子，可能都來自同一地方：超大質量黑洞的噴流
加速產生。
現在，座落於地球南極冰層深處的冰立方微中子天文台（IceCube）終於找到宇宙高能微
中子的起源了！
冰立方微中子天文台（IceCube）於 2005 年開始建設、2010 年 12 月 18 日完工，是世
界上最大的微中子望遠鏡，目標旨在抓出微中子起源地，進一步解謎困惱科學家逾半世紀
的超高能宇宙射線來源。
去年 9 月 22 日，IceCube 發現了一顆中微子 IceCube-170922A，其攜帶能量高達 300
TeV（在大型強子對撞機中循環繞行的質子能量為 6.5 TeV）。望遠鏡立刻響起警報，1
分鐘內通知全球合作望遠鏡投入檢測。
IceCube 可以推斷微中子的能量水平並追溯來源，告知其他望遠鏡微中子來自獵戶座附近
，幾天內，兩個伽瑪射線望遠鏡：美國太空總署（NASA）費米伽瑪射線太空望遠鏡（
Fermi Gamma-ray Space Telescope）及魔法望遠鏡（Major Atmospheric Gamma
Imaging Cherenkov Telescope，MAGIC），率先在相同方向、相同位置探測到高能伽馬射
線，來源是耀變體 TXS 0506 + 056，距離地球 40 億光年、位於一個巨大橢圓星系的心
臟。
耀變體（blazar）也被稱為活躍星系核（AGN），被假定為處於寄主星系中央的超大質量
黑洞，是目前已觀測宇宙中最劇烈的天體活動現象之一。
科學家再回頭查看費米望遠鏡之前對 TXS 0506 + 056 的觀測結果，發現 2014 年底左右
，同一物體爆發爆發長達 5 個月時間；IceCube 團隊回頭查看近 10 年的微中子數據時
，也發現在那幾個月裡，有十幾個高能微中子撞上南極冰。
再經過後續各項研究分析，單一微中子與伽馬射線來自相同方向的巧合機率只有千分之一
，換句話說不可能是巧合，科學家能確定耀變體 TXS 0506 + 056 釋放之高能輻射與微中
子攜帶能量相匹配。
這場突破有助於解決天體物理學和天文學中最古老的問題，至少我們已經證明了耀變體就
是宇宙中生成高能微中子和宇宙射線的質子加速器。