追溯幽靈粒子：中微子的源頭竟在110億光年外的暗影射手星系

中微子號稱“幽靈粒子”，幾乎不與任何物質發生反應，要追蹤它的來源極其困難。然而2026年6月17日發表在《自然·天文學》的一項研究中，天文學家成功將一束高能中微子追溯到110億光年外的一個遙遠星系，并給它起了一個頗具科幻感的名字——“暗影射手”（Shadow Blaster）。

這一突破的起點是一例被命名為IC 210922A的中微子事件。當時IceCube中微子天文臺捕捉到這束高能中微子穿越地球，隨后全球多個望遠鏡緊急跟進搜尋其來源。研究團隊利用位于夏威夷的北雙子座望遠鏡、ALMA、阿塔卡馬大型毫米波陣列（ALMA）、JCMT以及SMA（次毫米波陣列）等多臺設備，對中微子大致方向進行深入觀測。

功夫不負有心人，團隊最終將源頭鎖定在星系JCMT0402-0424上。該星系因其在多波段觀測中顯得異常“暗”卻能發射強烈的中微子，被昵稱為“暗影射手”。它距離地球約110億光年，遙遠到其光線要花上宇宙年齡相當一段時間才能抵達我們這里。

更令人稱奇的是，引力透鏡效應在這里扮演了關鍵角色。一個介于地球和該星系之間的大型前景天體像放大鏡一樣彎曲了來自“暗影射手”的光線，將其本征亮度從約27億倍太陽亮度放大到33萬億倍。這一增益讓原本幾乎不可見的遙遠星系成為了可觀測的目標，也意味著我們捕捉到的高能中微子事件，本質上是宇宙級放大鏡下的杰作。

這是人類首次將一顆單獨的塵埃恒星形成星系與高能中微子事件明確關聯起來。塵埃恒星形成星系長期以來被懷疑是中微子的潛在來源，但因距離遙遠、信號微弱而難以證實。“暗影射手”的案例為這一假說提供了確鑿證據。

研究估計，這類被引力透鏡放大的高能中微子事件可能貢獻了彌漫中微子背景輻射的約20%。這意味著，每當我們抬頭望向宇宙時穿身而過的中微子中，可能有相當一部分來自這種極端環境中誕生的劇烈活動。下一代中微子天文臺與大型望遠鏡的協同觀測，將幫助我們進一步揭開這些“幽靈”的家園。

此次發現也提示了一個更宏觀的問題：宇宙中的高能現象遠比我們以為的更加普遍。每一個被捕捉到的高能中微子事件，都像是宇宙遞來的一封密信，需要多波段、多信使天文學來共同解讀。

隨著IceCube升級版、KM3NeT等下一代中微子望遠鏡的逐步建成，科學家預期未來將捕捉到更多類似暗影射手的案例，從而拼湊出宇宙高能現象的全景圖。

在更廣泛的宇宙學語境下，高能中微子不僅是粒子物理的研究對象，也是連接微觀世界與宏觀宇宙的橋梁。通過測量不同能量的中微子譜，科學家能夠反推宇宙加速器（如超大質量黑洞、伽馬射線暴）的物理機制。

本次多設備聯合作戰獲得的成果，也展示了“多信使天文學”的強大威力。未來當引力波、電磁波、中微子等多種信號能夠被同步捕捉時，人類將真正進入一個全息觀測宇宙的新時代。

2021年，位于南極的NSF冰立方中微子觀測站向科學界發出高能中微子事件IC 210922A的警報，該信號來自波江座方向的太空區域。多個科學家團隊使用各種望遠鏡和儀器進行了后續觀測，但都報告沒有發現令人信服的伽馬射線、X射線或光學對應物，也沒有任何與警報相關的伽馬射線暴、超新星或潮汐瓦解事件。幾天后，Urata和他的團隊使用JCMT和SMA啟動觀測，發現了Shadow Blaster，其位置和亮度使其成為信號來源的有力候選者。為了進一步研究該星系，團隊組織了使用ALMA的后續觀測，發現Shadow Blaster位于強引力透鏡后面。借助透鏡效應，團隊得以研究Shadow Blaster的內部結構。否則，它太遙遠太暗弱，無法以如此細節解析。Shadow Blaster的中心區域包含極其致密的核心，密集地堆積著氣體和塵埃，以強烈速度形成新恒星。理論模型預測，這種極端環境可以作為天然粒子加速器，高能粒子反復與氣體碰撞產生中微子。分析表明，這類種群可能貢獻冰立方測量到的彌漫中微子背景的大約20%。