强大的粒子探测可能意味着我们已经发现了一个爆炸的黑洞

Michelle Starr

Wed, September 24, 2025 at 11:41 AM GMT+9

一个以创纪录能量的220培塔电子伏撞进地球的微小粒子可能是一个蒸发黑洞的最后尖叫。

按照一项新的理论论文，2023年名为KM3-230213A的中微子事件能被随一个原初黑洞吹散成没有任何东西发射的霍金辐射解释。

此外，麻省理工学院的物理学家亚历山德拉·克利普菲尔和大卫·凯瑟说同样的机制能解释其他高能中微子事件。

这将意味着高能中微子事件可能对霍金辐射是第一个观测证据。

在KM3NeT/ARCA中观测到的超高能中微子事件的可视化印象。(KM3NeT)

此外，因为这项工作依赖原始黑洞构成充满宇宙暗物质的大多数的假设，结果为另一秘密提供一个部分解决方案。

克利普费尔说，"原来是有这种场景：在那里一切似乎来排起队，我们不仅能表明在该场景中的大部分暗物质是由原初黑洞弄成，我们还能从一个附近原初黑洞爆炸的偶然事件产生这些高能中微子。这是某些我们现在能尝试寻找并用各类实验验证的事情"。

中微子是在宇宙中最丰富的粒子中。它们在高能环境下被大量产生，比如恒星聚变或超新星爆炸。但它们没有电荷，它们的质量几乎为零，它们几乎不与它们遇到的其他粒子相互作用。事实上，就在现在数千亿个中微子正在流过你的身体。

这使中微子几乎不可能来探测，但现在又一次它们以我们能探测的方式撞进另一种粒子。它们携带的能量被认为被联系到产生它们的机制，更高能的事件产生更高能的中微子。

然而，在220培塔电子伏特下，KM3-230213A真的是超常的。之前的记录保持者只有过一个10培塔电子伏的能量。

这明显的提升了一些关于产生了KM3-230213A引擎的问题。一种可能性是这是一种我们以前从未见过的事件。

这带我们到被理论化在大爆炸后的第一秒内已经从空时中的量子波动形成了的原始黑洞。我们还没有证实这些奇怪天体的存在；事实上按照理论它们应该相当快已经自我毁灭。

这是因为科学家认为黑洞可能发射某些叫霍金辐射的东西，这种辐射被靠近事件地平线的量子效应产生。黑洞越小，它发射的霍金辐射的能量就越高。最终，黑洞完全的蒸发，在粒子的吹散中爆炸。

黑洞会已经非常靠近地球爆炸。 (Image by Toby Gleason-Kaiser, using SpaceEngine @ Cosmographic Software LLC)

克利普菲尔和凯瑟假设了如果甚至宇宙中暗物质一部分由原始黑洞组成，那么一些原始黑洞今天可能仍然悬着，走向它们的最终的毁灭。

他们的问题是：KM3-230213A和其他一些PeV中微子被随这些黑洞死亡霍金辐射发射解释吗？这对科学家计算了被一个正在缩小的黑洞应该发射的霍金辐射的量，结论它的死亡。

他们发现了在它的生命的最后一纳秒，围绕一个小行星质量的垂死原始黑洞应该发射大约10^21个在KM3-230213A中被观测到的能量范围内的中微子。

不过对一个有KM3-230213A能量签名的中微子与地球碰撞，爆炸将需要发生在距离地球2000个天文单位内，或大约一光年的3%内。那在奥尔特云内部，奥尔特云是定义太阳系的引力边界的巨大的小岩石的球体。

研究人员发现这可能发生，有一个略低于8%的概率

凯瑟说：“一个8%的几率不是可怕的高，但它很好在我们应该严肃的对待这种几率的范围内——尤其更如此是因为到目前为止没有其他解释已经被发现能解释无法解释的很高能中微子和甚至更令人惊讶的超高能中微子事件”。

与此同时，在他们研究中的低能量事件可能是一类更遥远的原始黑洞像小气球一样爆裂的背景嗡嗡声。

为使这甚至更有趣，在克利普菲尔和凯瑟的工作刚好前几天，一篇完全不同的论文发表了，预测在十年内检测到一个爆炸的原始黑洞会发生有一个为90%的概率。如果我们的中微子探测器一直在做这件事那不是太酷了吗？

在科学家能声称我们已经探测到霍金辐射和原始黑洞之前，这是一个需要更多的证据的重要宣称。不过，确实感觉现在这可能只是一个时间的问题。

该研究已发表在 Physical Review Letters.