▲在这幅艺术家创作的活跃星系内核的印象画中，耀变体吸积盘中心的超大质量黑洞向太空中发射了一束垂直于盘面的狭细高能喷流。
据《科学》（Science）杂志上周刊发的两篇研究论文称，来自全球18个不同天文台的天文学家们通过一次联合观测行动，首次提供证据证明了一种名为“耀变体”（blazar）的类星体是宇宙中射向地球的高能中微子——一种不受恒星、行星及星系的影响和阻碍、可以飞越穿过宇宙中数十亿光年距离、幽灵般存在的基本粒子——的来源地。这颗被天文学家命名为“TXS 0506+056”的耀变体，是在2017年9月22日南极“冰立方”（IceCube）探测器首次发出中微子警报后发现的，并且研究表明之前所捕获的中微子也都属于该同一来源。
耀变体是一种巨大的椭圆星系，其核心是一个快速旋转的巨大黑洞，其标志性特征之一是它会从黑洞围绕旋转的轴线两极发射出两束由光和基本粒子组成的喷流。而耀变体“TXS 0506+056”位于夜空中离猎户座左臂不远处，离地球大约40亿光年的距离，其喷流之一正好指向地球。
德国科学家在这次观测活动中发挥了关键作用，观测结果为解开困扰人类一百多年的谜题迈出了决定性的一步。这个谜题就是所谓的宇宙射线和中微子——不断轰击地球大气层的高能亚原子粒子——是从什么方位的什么天体发射出来的。德国亥姆霍兹协会DESY研究中心的中微子天文学研究负责人、柏林洪堡大学的研究员马雷克?科沃斯基（Marek Kowalski）评价：“这是正在萌芽的中微子天文学领域的一个里程碑。我们正在打开一扇通向高能宇宙的新窗口。利用遍布全球的天文仪器进行协调一致的观测行动，也是多信使天文学——利用电磁辐射、引力波和中微子等不同的信使来研究宇宙天体——领域中的一项重大成就。”
不同于宇宙射线，中微子是不带电的粒子，最强大的磁场也不会对其产生影响，因为很少与物质发生相互作用，而且几乎没有质量，也被称为“幽灵粒子”。中微子的飞行与传播几乎不受宇宙加速器的干扰，这让科学家几乎可以直接判断出它们来源的方向。然而，大多数中微子穿过地球时，不会留下任何痕迹，要证明它的存在极其复杂。只有在非常罕见的情况下，中微子才会与周围环境发生相互作用。科学家需要利用巨大的探测器才能捕捉到这些罕见的物理反应。
为此，美国威斯康辛大学麦迪逊分校领导组建了“冰立方协作组织”国际科学家联盟——来自12个国家的300多名科学家组成的国际科考团队，并在阿蒙森-斯科特南极站建立了“冰立方”中微子天文台。他们在南极冰层上钻了86个洞，每个洞有2500米深，然后将5160个光传感器放入这些洞中，在1立方千米的冰层空间中将这些光传感器分布开来。在透明冰中，这些传感器能记录下中微子与周围物质发生相互作用的过程中所产生的罕见微小闪光。
五年前，“冰立方”首次提供了来自外层空间深处的高能中微子的证据。然而，这些中微子当时似乎来自天空的任意方向。在记录下中微子的几分钟内，“冰立方”探测器就自动通知提醒了若干遍布全球的其他天文台，并仔细观察了这些高能中微子射来的区域，从整个电磁频谱——从高能伽马射线和X射线到可见光、再到无线电波——上对其进行扫描。最后“冰立方”的观测结果得到了地面和卫星天文望远镜的支撑和佐证，天文学家们也第一次能够在高能中微子到达方向上定位一个具体的天体。
科沃斯基解释道：“我们看到了一个活跃的、中心有一个巨大黑洞的巨星系，从中射出的巨大喷流冲向太空，与向黑洞吸入物质的巨大漩涡成直角。”长期以来，天体物理学家们一直怀疑这些喷流就是相当大比例的宇宙粒子辐射的来源。德国慕尼黑工业大学的艾莉莎?瑞斯科尼（Elisa Resconi）强调说：“现在我们找到了支持这种假设的关键证据。”
目前已经确认该活跃星系是所谓的“耀变体”，它的喷射点精确地指向我们地球的方向。利用DESY研究人员开发的软件与由美国航天航空局（NASA）运营的伽玛射线卫星“费米号”（Fermi），去年9月22日左右，科学家们已经探测并记录了这颗编号为“TXS 0506+056”的耀变体活动的急剧增加。之后，一台地面伽马射线望远镜也记录下了它发射出的信号。DESY的艾莉莎?贝尔纳迪尼（Elisa Bernardini）说：“在对中微子的后续观测中，我们也能够利用加那利岛拉帕尔马的“神奇号”（MAGIC）望远镜系统在高能量伽马射线的波段范围内观测这颗耀变体。伽玛射线在能量上最为接近中微子，因此它在确定中微子产生机制方面起着至关重要的作用。”贝尔纳迪尼小组开发了利用伽玛射线望远镜对中微子进行有效后续观测的程序。
科沃斯基总结道：“在1912年维克托?赫斯发现宇宙射线一个多世纪后，‘冰立方’的研究发现第一次确定了这些高能粒子在外星系中的具体来源。”
编译：朱明逸 审稿：西莫
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