宇宙中那些神秘莫測的超高能中微子究竟從何而來?這一困擾科學界已久的難題,或許迎來了新的破解線索。美國麻省理工學院的一支物理學研究團隊近日提出一項頗具創新性的理論:太陽系外原初黑洞在生命末期發生的劇烈爆炸,極有可能是部分高能中微子的源頭。
中微子,這種被稱作“幽靈粒子”的基本粒子,因其幾乎不與物質發生相互作用而聞名。每秒鐘,數以萬億計的中微子會穿透人體,卻幾乎不會留下任何痕跡。而原初黑洞,作為一種僅存在于理論中的微觀黑洞,被認為形成于宇宙大爆炸后的極早期階段。部分科學家推測,原初黑洞或許構成了當前宇宙中大部分甚至全部的暗物質。
原初黑洞的行為模式與大質量黑洞頗為相似,它們會通過霍金輻射不斷損失能量,體積逐漸縮小。隨著輻射過程的加劇,黑洞溫度升高,釋放出越來越多的高能粒子。當黑洞進入蒸發的最后階段時,會發生劇烈的爆炸,釋放出能量極高的粒子,其中就包括中微子。
研究團隊通過精密計算發現,如果銀河系中存在大量原初黑洞,那么其中部分黑洞如今可能正處于“死亡”階段。若有一顆這樣的黑洞恰好在距離太陽系相對較近的位置發生爆炸,其釋放的超高能中微子就有可能穿越茫茫宇宙,抵達地球,并被地球上的探測器捕獲。
為了化解這一矛盾,研究團隊構建了一個關于原初黑洞爆炸時粒子釋放的模型。根據模型計算,黑洞在臨終階段會釋放出大約1020個中微子,其能量水平與KM3NeT的觀測結果相吻合。結合銀河系中黑洞的分布情況,研究團隊推算出,每立方秒差距的空間內,每年大約會有1000顆黑洞發生爆炸。如果其中一顆黑洞恰好在距離太陽系約地日距離2000倍的位置爆炸,那么少量超高能中微子就有可能抵達地球。這一理論能夠同時解釋IceCube和KM3NeT的觀測事件。
具體而言,IceCube觀測到的能量相對較高的中微子,可視為銀河系中黑洞爆炸產生的“常規背景”;而KM3NeT探測到的能量極高的中微子,則可能源自一次距離較近的黑洞臨終爆炸。通過這一模型,兩臺探測器的觀測結果得到了統一的解釋,這或許將為解開超高能中微子之謎提供關鍵線索。
研究團隊強調,如果這一假說得到證實,它不僅將成為人類首次直接觀測到霍金輻射的證據,還將證明原初黑洞確實存在,并且可能構成了宇宙大部分的暗物質。不過,要進一步驗證這一理論,科學家們還需要獲取更多關于超高能中微子的觀測數據。