中微子是電中性的，質(zhì)量比電子小得多。極低質(zhì)量的中微子意味著它們往往以非常接近光速的速度行進。中微子只能通過弱核力和引力相互作用，這使得它們非常非常難以被發(fā)現(xiàn)。作為參考，如果你想用鉛墻阻止低能中微子，墻的厚度需要一光年。所以我們可以看到做中微子天文學(xué)是多么具有挑戰(zhàn)性：中微子相互作用的概率很小，其中大多數(shù)直接穿過探測器。

為了有機會捕捉到中微子，我們需要一個大探測器，而目前最大的中微子探測器之一是IceCube，這是南極一立方公里的冰。當(dāng)中微子穿過冰塊的冰時，百萬分之一的中微子通過弱力與水分子相互作用。對于高能中微子，相互作用是與原子核的相互作用，這種相互作用可以將中微子轉(zhuǎn)變?yōu)樗母哔|(zhì)量輕子對應(yīng)物——電子、μ子或τ子。

如果中微子變成τ粒子，那么它幾乎會立即衰變。但電子或μ子會繼續(xù)穿過冰，并在與其他帶電粒子相互作用時發(fā)光。這看起來就像是尾隨粒子的藍(lán)色光錐，因為輕子的行進速度比介質(zhì)中的光速快。這就是切倫科夫輻射，它是我們檢測中微子的一種方式。實際的探測器是靈敏的光電倍增管，基本上是將極其靈敏的光探測器懸掛在深鉆孔中。由5000多個光電倍增管組成的網(wǎng)格橫跨一立方公里的冰。

如圖所示，這是IceCube自2011年開始運行以來制作的天空中微子圖。我們可以看到有一個存在大量中微子的地方，它雖然只比宇宙射線預(yù)期在大氣中產(chǎn)生的中微子多出大約50個，但科學(xué)家認(rèn)為它明顯是存在于太空中的東西。那這會是什么產(chǎn)生的中微子呢？

這個地方是所謂的鯨魚座，包含了許多非常遙遠(yuǎn)的星系，但只有一個東西可能是中微子的來源。它就是M77，也被稱為NGC 1068，是一個棒旋星系，距離我們4700萬光年。

M77擁有我們所說的活動星系核，最強大的活動星系核被稱為類星體，它們發(fā)出的光芒整個宇宙都能看見。但M77并沒有那么強大，它的吸積盤的光被核心周圍的一圈塵埃和氣體所隱藏。作為距離我們銀河系最近的活動星系核之一，M77成為中微子來源的主要候選者。

我們要大量研究中微子與這些超大質(zhì)量黑洞的關(guān)系，最終我們就可以從其他高能環(huán)境產(chǎn)生的中微子中了解更多宇宙的信息，這些高能環(huán)境包括超新星爆發(fā)、碰撞的中子星和黑洞撕裂恒星時的潮汐破壞事件等。為了實現(xiàn)這一切，我們需要更大、更靈敏的中微子觀測站。已經(jīng)有計劃提高 IceCubes 探測器的靈敏度，并將其擴大到整整10立方公里，這會將探測率大約提高10 倍。