超高能中微子或源自原初黑洞临终爆炸

科技日报记者 张佳欣

长期以来，科学家对宇宙中的超高能中微子的来源一直难以解释。美国麻省理工学院物理学团队最近的一项新研究表明，太阳系外原始黑洞的临终爆炸，可能为一些高能中微子提供了合理来源。

中微子是一种几乎不与物质发生作用的基本粒子，每秒有数万亿个穿过人体，却几乎不会留下痕迹，因此被称为“幽灵粒子”。而原初黑洞是一种假想的微观黑洞，理论上形成于大爆炸后的最初时刻。一些科学家认为，原初黑洞可能构成当今宇宙中大部分甚至全部的暗物质。

和大质量黑洞类似，原初黑洞会不断泄漏能量并逐渐缩小，这一过程被称为霍金辐射。随着黑洞辐射增加，其温度升高，并释放越来越多的高能粒子。辐射过程加速后，黑洞在蒸发最后阶段会产生剧烈爆炸，释放能量最高的粒子，包括中微子。

研究团队通过计算发现，如果银河系中存在大量原初黑洞，那么今天应有部分正在“死亡”。若其中一颗恰好在距离太阳系相对较近的区域爆炸，就可能产生超高能中微子飞向地球，被探测器捕捉到。

今年2月，地中海海底的立方千米中微子望远镜（KM3NeT）探测到一个能量超过100拍电子伏特的中微子，远超人类现有加速器能力。此前，南极冰立方（IceCube）天文台也观测到几个高能中微子，但能量低于KM3NeT观测值。按现有理论，这类粒子出现概率极低，两台探测器的观测数据难以统一，这也让超高能中微子之谜更加扑朔迷离。

为解释这一矛盾，团队建立了原初黑洞爆炸的粒子释放模型。他们计算出，黑洞在临终阶段释放约1020个中微子，能量可达到KM3NeT观测水平。结合银河系黑洞分布，推算每立方秒差距空间每年约有1000颗黑洞爆炸。如果某颗黑洞恰好在太阳系附近（约地日距离的2000倍）爆炸，少量超高能中微子就可能抵达地球，这样可同时解释IceCube和KM3NeT观测事件。

换句话说，IceCube观测到的较高能中微子是银河系中黑洞爆炸的“常规背景”，而KM3NeT探测到的极高能中微子则可能源自一次较近的黑洞临终爆炸。通过这一模型，两台探测器的观测结果可得到统一解释，这或将解开长期困扰科学家的超高能中微子之谜。

研究团队指出，如果假说成立，这可能成为人类首次直接观测到霍金辐射的证据，也将证明原初黑洞真实存在，并可能构成宇宙大部分暗物质。科学家仍需更多超高能中微子的观测数据，才能进一步验证这一理论。