Revisiting neutrino event epochs for the blazar PKS 0735+178 with TESS
本研究分析了在发生中微子发射耀发期间，耀变体 PKS 0735+178 的 TESS 光变曲线数据，揭示了其上升阶段与下降阶段之间截然不同的变率特征，并暗示了所观测到的光学变化与多历元中微子事件之间的物理联系。
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在宇宙深处，远在我们的银河系之外，存在着一些已知科学领域中最剧烈且最具能量的引擎。这些是活动星系核，它们是由于超大质量黑洞贪婪地吞噬周围的气体和尘埃而驱动的、明亮的星系核心。当这些黑洞进食时，它们经常会喷射出两股超热等离子体束，以接近光速射向太空。当其中一束光线恰好直接指向地球时，我们就会看到一个耀变体（blazar）。这些天体并非静止不动；它们处于躁动之中，在从无线电波到高能伽马射线的所有光谱范围内，不断地闪烁并爆发强度。几十年来，天文学家一直在观测这些耀变体，以了解黑洞是如何将粒子加速到如此极高的能量水平的。该领域的一个重大谜团在于宇宙中最具能量的粒子——即宇宙射线——以及与它们一同产生的被称为中微子的幽灵般、几乎没有质量的粒子的起源。虽然我们长期以来一直怀疑耀变体可能是制造这些高能中微子的“工厂”，但要捕捉到耀变体正在产生中微子的瞬间是非常困难的。
2021 年底，当一个名为 PKS 0735+178 的特定耀变体爆发大规模耀变时，出现了一个难得的机会。与此同时，全球四个不同的中微子天文台在很短的时间窗口内，从同一片天空区域探测到了高能中微子脉冲。这种巧合表明，我们看到的可见光与抵达地球的不可见粒子之间存在直接联系。为了调查这种联系，研究团队转向了一台名为 TESS 的空间望远镜，该望远镜通常负责搜寻行星，但在这次爆发期间恰好正对着这个耀变体进行观测。通过极其精确地分析来自该耀变体的光，研究团队试图了解该天体在发生中微子事件期间的行为，以及光强变化的定时是否可以解释这些粒子是如何被创造出来的。
研究人员检查了光变曲线（一种显示耀变体亮度随时间变化的图表），使用了收集自三个月的数据。他们发现，该耀变体经历了一次持续约 75 天的剧烈耀变。光强上升相对缓慢，大约用了两个月达到峰值亮度，然后迅速下降，在短短几周内就回落到接近正常水平。这种“慢升快降”的模式是这些宇宙爆炸中的常见特征，通常表明粒子正在被稳定地加速，随后又迅速失去能量。团队将数据分解为上升阶段和下降阶段，以观察行为在每个部分是否有所不同。他们发现，上升过程中的光分布是有序的，表明存在稳定的能量注入；而衰减过程则是混乱且不规则的，暗示着随着能量的消散，喷流的结构正在破碎或变得紊乱。
研究的一个关键部分是将光耀变的时间与中微子警报的到达进行对比。中微子探测发生在光学耀变的峰值期间，大多数警报出现在光学极大值附近，而有一个警报出现在衰减阶段。这种时间上的吻合符合有利于中微子产生的条件，尽管这种关联仍具有初步性。研究人员提出了这样一种情景：一个全新的、高速运动的等离子体结从黑洞中被喷射出来，并追上了一个位于其前方的低速运动的等离子体结。当这两股物质流发生碰撞时，它可能产生了必要的冲击波，从而加速粒子达到产生亮光和中微子所需的极端能量。中微子在光强接近最大值时到达，这一事实表明碰撞发生在耀变的峰值前后。
研究还观察了这些变化的速率。分析显示，在上升阶段，耀变体的亮度可以在约 43 天内翻倍，但在下降阶段，其亮度可以在短短 17 天内减半。这种差异证实了能量积累的过程比能量释放的过程要慢得多。研究人员计算出，这种活动发生的区域非常广阔，跨越了数百万亿公里，但又足够小，能够被包含在耀变体的喷流之内。虽然数据表明光学耀变与中微子事件之间可能存在联系，但作者谨慎地指出，在获得进一步观测证据之前，应将这种联系视为一种暗示而非定论。已知能发射中微子的耀变体样本仍然非常稀少，如果没有更多的观测，无法确定这是否是这些粒子产生的唯一方式。然而，对光变曲线的这种详细观察提供了耀变体喷流内部在产生中微子时刻的物理条件的清晰图像，为理解宇宙中最具能量的过程这一持续进行的探索提供了宝贵的线索。
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