迄今为止最确凿的证据表明，高能中微子可能是由潮汐力形成的。潮汐力撕裂了超大质量黑洞附近的恒星。

2019年10月1日，南极洲的冰立方（IceCube）中微子观测站检测到一个异常高能的0.2 PeV的中微子。七小时后，加利福尼亚州的兹维基瞬变设施在光学波长下对天空进行了广域观测。该设施在入射中微子的90%不确定性区间内观察到了光学波段的发射光谱。

研究人员分析了发射光谱的能流、发射光在高能中微子天区中的位置以及部分建模结果，得出结论，认为这两种观测结果可以联系起来。光学发射是由一种称为潮汐破坏事件（TDE）的明亮瞬态现象引起的，该现象在中微子爆发前一年首次被观察到。

当恒星足够接近超大质量黑洞以经历“意大利面化”时，就会发生TDE——由黑洞的极端潮汐力引起物体拉伸和压缩形成长而细的链。

两篇论文提出，能量高于100 TeV的中微子，就像2019年时观测到的事件一样，可以在等离子体的相对论性喷流中产生。这些等离子体由此类事件发生后向外抛出的恒星碎片组成。在IceCube于2013年探测到第一批银河系外事件之前，文献中已经对活跃星系核（AGN）和其他可能的高能中微子发射源进行过讨论。但是，由于2019年仅报告了一个TDE-中微子关联事件，研究人员无法将TDE最终确定为高能中微子源。

现在，兹维基瞬变设施在IceCube检测到的中微子的不确定性区间内观察到了另一个TDE。来自德国电子同步加速器研究中心的西蒙 · 罗伊斯（Simeon Reusch）和来自柏林洪堡大学的马雷克 · 科瓦尔斯基（Marek Kowalski）与他们的同事共同估计，这种配对再次偶然发生的概率为0.034%。这为TDE作为高能中微子源这一假设提供了更多的可信度。

星星发光，星星发亮

新观测到的TDE位于一个AGN中。AGN是星系的明亮、致密的中心区域。这个星系距离地球44亿光年，其中心有一个质量为3 150万个太阳质量的黑洞。在某颗恒星足够接近并被撕裂后，它的遗骸可能在黑洞周围旋转并受到吸积作用，开始在许多波长上明亮地发光。

该瞬态耀斑于2019年5月在兹维基瞬变设施中首次被发现，并于2019年8月达到峰值光度。相关的中微子在九个月后被IceCube检测到，此时耀斑的流量已经减少约30%。这种耀斑通常持续数月。截至2022年6月，这一耀斑仍然可以被检测到。

TDE并不是耀斑的唯一可能来源，它也可能直接来自AGN。由于AGN的数量远远超过TDE，因此它们的发射光更为常见。耀斑的首批数据表明，它可能是一颗超亮的超新星——这是一种恒星的爆炸现象，其光度至少是典型超新星的10倍。为了更好地确定TDE是不是光学发射源，罗伊斯和科瓦尔斯基等人对几乎跨越了整个电磁波谱的耀斑测量结果进行了研究。

一些最有用的证据来自eROSITA望远镜，它是俄罗斯与德国合作研发的Spektr-RG卫星的一部分。仪器对假定产生TDE的天区开展了四次扫描。在2021年3月的第三次扫描中，它在耀斑的峰值光度下降后检测到低能量的X射线发射，这对于超亮超新星来说是非常罕见的。

姗姗来迟的红外线

支持TDE的第二个关键证据来自NEOWISE空间望远镜收集的中红外观测数据。NEOWISE是美国宇航局重新启用的广域红外巡天探测器，其当前任务是识别和表征近地天体。中红外观测显示，事件的红外光度峰值非常奇怪地滞后于光学发射峰值近一年。

“这种时间延迟让我们想到了尘埃回声。” 罗伊斯说。图 1 是显示了AGN被之前存在的尘埃云包围的艺术插图；当光线穿过时，它升温并开始发光。恒星附近的尘埃被TDE的辐射摧毁，只留下了距离TDE十分遥远的尘埃。

图1 当一颗比太阳大得多的恒星接近距离地球44亿光年的星系中心的超大质量黑洞时，潮汐破坏事件发生了。在此图中，来自中心潮汐力的辐射蒸发了其附近的尘埃。半光年外，更遥远的红色尘埃升温并开始在红外波长下发光。该尘埃回波是在事件发生的初始光学发射现象几个月后检测到的。该事件还发射了等离子体射流

在尘埃回波这一解释中，TDE发出的一些红外光被周围的尘埃吸收并重新发射。TDE直接沿着视线行进的光首先到达地球。最初垂直于视线或从远端发射的加热粉尘的红外光则必须传播得更远，因此比光学发射晚几个月到达。

罗伊斯和科瓦尔斯基等人首先使用单个黑体作为辐射源模拟来自TDE的红外、光学及紫外线。但结果与观测的光谱形状不一致。他们发现，最合适的模型来自一个由两个不同温度下的黑体组成的模型：一个用于TDE的发射，另一个用于红外尘埃回波的发射。

喷流、圆盘还是风？

为了更好地了解异常持久的TDE如何产生高能中微子，研究小组模拟了三种可能的机制。除了相对论性喷流之外，TDE还可能来自从恒星残骸中吸积的气态物质盘。由于足够强的吸积作用，圆盘冕区的碰撞等离子体可以加速粒子并产生中微子。这样的吸积盘还可以发射一股由喷射物质组成的亚相对论风，这种物质的能量足以产生中微子。

图2显示了在每种可能机制中，中微子通量与能量的函数关系。这三种机制中的任何一种都可以合理地产生具有IceCube观察到的能量（竖直虚线）的中微子。

图2 高能中微子可能由与潮汐破坏事件相关的各种机制产生。在潮汐破坏事件中，恒星因超大质量黑洞的潮汐力而死亡。IceCube中微子天文台在2020年检测到的中微子（竖直虚线）的能量与几个模型相符合。它可能是由从事件中排出的相对论性等离子体射流（深色虚线）、由恒星碎片组成的吸积盘冕区内的碰撞等离子体（实线）或射出物质的亚相对论风（浅色虚线）产生的

TDE-中微子关联的其他细节仍然模糊不清。例如，IceCube研究人员不能从统计分析中排除中微子由地球上的大气过程形成的可能性。他们得出结论，中微子仅有59%的可能性具有天体物理的起源。

多信使天体物理学

最早在2023年，我们就有可能探测到更多的TDE并更好地建立它们与高能中微子的关系。原名为大型综合巡天望远镜的薇拉 · 鲁宾天文台目前正在智利建造。如果它可以看到天空的第一缕光，它的宽视场西蒙尼巡天望远镜每隔几个晚上就可以拍摄整个天空。

如果TDE-中微子关联确实存在，那么TDE必须是极其高效的粒子加速源。高能中微子的能量比最令人震惊的地面粒子加速器所能达到的能量还要高出许多个数量级，而且它们到达地球时基本上没有受到干扰。

因此，高能中微子是多信使天体物理实验室的自然组成部分。它不能像传统的实验室实验那样被控制或复制，但它可以用来研究高能过程并测试粒子物理学的基本思想。

例如，宇宙中一些最密集、能量最高的环境是在超新星中发现的。由于中微子非常轻，并且仅存在弱核力相互作用，因此它们可以穿过超新星的致密核心并探测那里的情况。

理论上，中微子也有望在中子星合并期间产生。在2017年的双中子星合并事件后，我们没有观察到引力波和伽马射线暴。尽管如此，对它们的追寻仍在继续。它们可能会提供有关中子星合并密度以及能量如何从中消散的信息——如果我们能够检测到的话。

资料来源Physics Today