破解“幽灵粒子”身世之谜，重力透镜寻获高能微中子新家乡
地球上的微中子探测器长期侦测到来自宇宙的高能微中子，但它们的来源至今仍未完全理清。虽然太阳、超新星等天体都会产生微中子，且天文学家也已找到少数能产生高能微中子的天体，但仍不足以解释观测到的全部高能微中子，因此推测宇宙中应该还存在其他尚未被确认的重要来源。
最近的研究指出，2021 年由南极冰立方微中子天文台（IceCube Neutrino Observatory）侦测到的高能微中子事件 IC 210922A，很可能来自一个距离地球约 110 亿光年的遥远恒星形成星系 JCMT0402−0424，研究团队将其昵称为“影子爆破者”（Shadow Blaster，见首图）。这项成果提供了迄今最具体的观测证据之一，显示遥远宇宙中剧烈形成恒星的星系，可能是高能微中子的重要来源之一。
微中子是一种不带电、质量极小且极少与物质发生作用的基本粒子，因此常被称为“幽灵粒子”。由于它们几乎不受磁场与物质影响，可以从遥远宇宙一路穿越星际空间。对天文学家而言，微中子就像穿越宇宙的信使，能从遥远宇宙携带讯息抵达地球，并提供传统电磁波观测难以取得的线索，因此成为研究宇宙高能天体现象的重要工具。2021 年 9 月，冰立方微中子天文台发布 IC 210922A 事件警报后，全球天文学家立即展开追踪观测，希望找出这颗高能微中子的来源。然而，多个研究团队皆未在该方向发现可信的伽玛射线、X 射线或可见光对应天体，也未找到与该事件相关的伽玛射线暴、超新星或潮汐瓦解事件，使得这颗微中子的来源更加扑朔迷离。
在警报发布数天后，研究团队利用位于夏威夷毛纳基山的马克斯威次毫米波望远镜（JCMT）与次毫米波阵列（SMA）展开观测，发现了位于微中子定位误差范围内的“影子爆破者”。进一步观测显示，这是一个被大量尘埃遮蔽的星系，在可见光中并不显眼，却在毫米与次毫米波段十分明亮，显示其中富含大量气体与尘埃，并正以极高效率形成新恒星。研究团队随后利用阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列（ALMA）进一步观测，发现该星系位于一个强重力透镜的后方。所谓重力透镜，是指前景大质量天体利用自身重力弯曲并放大背景天体的光线，如同天然的宇宙放大镜。通过这种效应，原本过于遥远且昏暗的“影子爆破者”被放大，使研究团队得以解析其内部结构。研究团队也利用北双子星望远镜（Gemini North telescope）研究这个重力透镜系统，使“影子爆破者”的结构得以更清楚地呈现出来。
左图：昵称为“影子爆破者”（Shadow Blaster）的重力透镜星系所在区域。该星系距离地球约110亿光年，位于影像中央红色前景星系的后方。中图：重力透镜系统的放大影像。中央红色星系的重力弯曲了后方“影子爆破者”发出的光线，使其形成多个被放大且扭曲的影像，在画面中呈现为黄色弧状结构。右图：受到重力透镜放大的“影子爆破者”特写影像。（Source：NOIRLab）
本动画示范重力透镜效应如何将遥远星系的影像放大并扭曲。画面中的“影子爆破者”（Shadow Blaster）星系距离地球约110亿光年，可能是2021年高能微中子事件 IC 210922A 的来源。影像由阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列（ALMA）与北双子星望远镜（Gemini North telescope）观测取得。
研究结果显示，“影子爆破者”中心区域具有极为致密、富含气体与尘埃的核心，并正以极高效率形成新恒星。这种富含气体与尘埃、且恒星形成极为剧烈的环境，可能成为天然粒子加速器，使高能粒子在高密度气体中不断碰撞并产生高能微中子。
值得注意的是，研究团队并未发现该星系具有活跃黑洞的特征，显示高能微中子不一定只能来自超大质量黑洞喷流，也可能源自遥远宇宙中剧烈的恒星形成活动。大约 100 亿年前正是宇宙恒星形成最活跃的时期，当时存在大量类似“影子爆破者”的星系，因此这项发现也将高能微中子的起源与宇宙恒星形成高峰期连结起来。研究人员推估，这类富含尘埃且恒星形成旺盛的星系，可能贡献冰立方微中子天文台所观测弥漫高能微中子背景约 20% 的讯号。
这显示高能微中子不一定只能由超大质量黑洞产生，遥远宇宙中剧烈形成恒星的星系也可能扮演重要角色，为高能微中子来源之谜提供新的线索。研究近日发表于《Nature Astronomy》（Urata et al. 2026）。
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