清大與國際團隊合作 捕獲銀河系外微中子

天文學家過去推測恆星被黑洞吞噬時，可能產生比地表最強粒子對撞機產生的粒子，還強大千倍的高能「微中子」。國立清華大學天文研究所特聘教授江國興在科技部「曜星計畫」的補助下，與德國電子加速器（DESY）團隊合作，捕獲距地球7億光年遠的恆星被黑洞撕裂時噴發的微中子。

微中子是基本粒子，它們很少與其他物質發生相互作用，因此很難被偵測到，所以又有「幽靈粒子」之稱。而這次合作是國際天文學家第二度偵測到來自銀河系以外的微中子。這項重大的天文發現更登上頂尖學術期刊《自然天文學》（Nature Astronomy）。

江國興指出，天文學家於2019年4月觀測到海豚星座中央，一個質量為太陽3,000萬倍的超大黑洞吞噬了恆星的過程。當這顆恆星靠近黑洞時，重力產生了強烈的潮汐力，將恆星拉長如麵條，之後就像被「五馬分屍」般扯裂，大約一半的恆星碎片被吸入黑洞，並產生高溫，同時噴發出粒子流，耀眼的光芒照亮了整個星系。

恆星靠近黑洞時被潮汐力撕裂的事件也被稱為「潮汐破壞事件」（TDE）。2019年4月海豚星座中2MASX J20570298 + 1412165星系發生的潮汐破壞事件，是由加州理工學院位於帕洛馬山天文臺的1.3公尺口徑自動望遠鏡「史維基瞬變設備」（ZTF）發現。國立清華大學也是該設備的創始成員之一。

微中子來自遭吞噬恆星

天文學家推測，粒子以接近光速噴發時，可能與其他粒子及光碰撞，產生高能微中子，但始終無法證實。

直到海豚星座中那顆恆星被撕裂的半年後，也就是2019年10月，美國國家科學基金會南極觀測站的冰立方微中子天文臺（IceCube Neutrino Observatory）捕獲到一顆高能微中子，沿著它的軌跡回溯，發現它正位於半年前海豚星座的黑洞吞噬恆星的位置。

由德國電子同步加速器研究中心博士史坦（Robert Stein）領導，國立清華大學及荷蘭、美國、英國、瑞典等國的研究單位共同組成的國際團隊，在結合伽瑪射線、X光、紫外線、可見光和電波的偵測與分析後，證實這顆高能微中子來自黑洞吞噬恆星事件。

江國興參與了這項重大天文發現的X光數據分析。他表示，這次恆星被黑洞吞噬事件產生的X光，以前所未有的速度衰減，所以研究小組在觀測時並沒有看到強大的粒子噴流，這顯示環繞恆星運行的盤狀結構高速冷卻，或X光被逐漸增加的外圍氣體迅速吸收。

江國興表示，雖然微中子像幽靈一般難測，但每一顆來自宇宙深處的微中子都攜帶宿主星體的重要訊息，只要搭配電磁波或重力波觀測，將可更全面了解產生高能微中子的物理機制。◇

從小就愛看星星，開啟了江國興探索宇宙之旅。（清華大學提供）