2023年2月13日深夜,立方千米中微子望远镜(KM3NeT)记录到了一个从未见过的信号。它被称作“幽灵粒子”,学名是中微子。这一次,探测到的中微子能量比此前任何一次探测都高出35倍——要知道,另一台中微子望远镜“冰立方”(IceCube)已经运行了15年,探测面积还是KM3NeT的20倍,也没见过这个量级的信号。
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但真正让科学家挠头的,不只是能量高。这个被命名为KM3-230213A的粒子,有三个反常之处:能量异常高;没有伴随其他光子;同一时间,冰立方等其他天文台也没有记录到任何异常。这三条凑在一起,让研究人员花了一年多时间试图拼出它的来历,至今仍没有定论。
KM3NeT发言人、法国国家科学研究中心研究员帕斯卡尔·科伊尔(Paschal Coyle)曾这样形容这类粒子:“中微子是你能想象到的最接近‘什么都没有’的东西,但它们对完整理解宇宙的运作至关重要。”
围绕这个粒子,科学界已经提出了好几种解释,彼此并不一致。
- 耀变体说:粒子被发现后不久,有科学家报告说,它可能来自一个耀变体——一种由超大质量黑洞驱动的活动星系核,其相对论性喷流正对着地球,距离约80亿光年
- 暗物质散射说:另一项研究提出,这个粒子可能是暗物质在地壳中散射的证据,这也能解释为什么KM3NeT看到了它,而冰立方没有。
- 原初黑洞说:还有研究把矛头指向原初黑洞(PBHs)——早期宇宙遗留的理论产物,也是暗物质的一种可能解释。麻省理工学院的科学家曾在一项研究中表明,位于2000天文单位以内(大致是奥尔特云的最开端)的原初黑洞,可以产生像KM3NeT观测到的这种超高能中微子。
最新发表在《物理评论D》(Physical Review D)上的一篇论文,走了一条更远的路。它提出,这个粒子可能来自一个由宇宙弦形成的爆炸性原初黑洞,而这个黑洞“藏”在第五维度里。宇宙弦是弦理论的关键组成部分;第五维度又被称为“暗维度”,按这套理论,它是一个微米尺度的维度,充当暗物质与暗能量之间的物理纽带。
论文合著者迪特·吕斯特(Dieter Lüst)在接受《科学美国人》采访时说,这个概念或许能“完全解开这个谜题”——一个没有光子伴随的中微子。他的解释是:只有中微子能够泄漏进我们可以观测的这个维度。
不过,这套说法目前还停留在推测层面。科学家从未在我们这个维度里瞥见过原初黑洞,它们通常被理论认为形成于早期宇宙的快速暴胀阶段。按《科学美国人》的说法,最小的这类黑洞早已衰变殆尽,而质量约相当于一颗小行星的黑洞,才刚好在我们所处的宇宙时代蒸发。
换句话说,把KM3-230213A解释成原初黑洞的产物,更不用说来自第五维度的原初黑洞,目前仍是一个相当大胆的设想——毕竟还有不少不需要这么多理论跳跃的解释摆在桌上。但科学家依然没弄明白,这个来自星空的“幽灵”到底是怎么回事。
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