超高能中微子或源自原初黑洞臨終爆炸

科技日報記者 張佳欣

長期以來，科學家對宇宙中的超高能中微子的來源一直難以解釋。美國麻省理工學院物理學團隊最近的一項新研究表明，太陽系外原始黑洞的臨終爆炸，可能為一些高能中微子提供了合理來源。

中微子是一種幾乎不與物質發生作用的基本粒子，每秒有數萬億個穿過人體，卻幾乎不會留下痕跡，因此被稱為“幽靈粒子”。而原初黑洞是一種假想的微觀黑洞，理論上形成於大爆炸後的最初時刻。一些科學家認為，原初黑洞可能構成當今宇宙中大部分甚至全部的暗物質。

和大質量黑洞類似，原初黑洞會不斷泄漏能量並逐漸縮小，這一過程被稱為霍金輻射。隨着黑洞輻射增加，其温度升高，並釋放越來越多的高能粒子。輻射過程加速後，黑洞在蒸發最後階段會產生劇烈爆炸，釋放能量最高的粒子，包括中微子。

研究團隊通過計算發現，如果銀河系中存在大量原初黑洞，那麼今天應有部分正在“死亡”。若其中一顆恰好在距離太陽系相對較近的區域爆炸，就可能產生超高能中微子飛向地球，被探測器捕捉到。

今年2月，地中海海底的立方千米中微子望遠鏡（KM3NeT）探測到一個能量超過100拍電子伏特的中微子，遠超人類現有加速器能力。此前，南極冰立方（IceCube）天文台也觀測到幾個高能中微子，但能量低於KM3NeT觀測值。按現有理論，這類粒子出現概率極低，兩台探測器的觀測數據難以統一，這也讓超高能中微子之謎更加撲朔迷離。

為解釋這一矛盾，團隊建立了原初黑洞爆炸的粒子釋放模型。他們計算出，黑洞在臨終階段釋放約1020箇中微子，能量可達到KM3NeT觀測水平。結合銀河系黑洞分佈，推算每立方秒差距空間每年約有1000顆黑洞爆炸。如果某顆黑洞恰好在太陽系附近（約地日距離的2000倍）爆炸，少量超高能中微子就可能抵達地球，這樣可同時解釋IceCube和KM3NeT觀測事件。

換句話説，IceCube觀測到的較高能中微子是銀河系中黑洞爆炸的“常規背景”，而KM3NeT探測到的極高能中微子則可能源自一次較近的黑洞臨終爆炸。通過這一模型，兩台探測器的觀測結果可得到統一解釋，這或將解開長期困擾科學家的超高能中微子之謎。

研究團隊指出，如果假説成立，這可能成為人類首次直接觀測到霍金輻射的證據，也將證明原初黑洞真實存在，並可能構成宇宙大部分暗物質。科學家仍需更多超高能中微子的觀測數據，才能進一步驗證這一理論。