成謎半世紀，新模型同時解釋宇宙 3 種極端粒子的來源
2018 年 01 月 25 日
（圖片來源：NASA）
超高能宇宙射線、高能微中子和高能伽馬射線的起源是宇宙物理學的最大奧祕，現在，有個全新模型可同時解釋這 3 種擁有極端能量的粒子可能都來自同一地方：由強壯的超大質量黑洞噴流加速產生。
1962 年，科學家首次發現超高能宇宙射線（ Ultra-high-energy cosmic ray ， UHECR ），以光速穿越黑暗，是來自外太空的帶電高能次原子粒子，沒人能確定它們的起源地，其能量遠超過地球最強大的粒子加速器──大型強子對撞機所能產生的能量，至少高出數百萬倍。
微中子則是一種質量最小、有如幽靈般的粒子，它們能輕易穿透物質而不被察覺（比如它在太陽最高溫核心處形成，然後悄無聲息的穿透太陽外層）；它們也很少和別人打交道，不會參與電磁交互作用及強交互作用，想發現它們就像諜對諜。
伽馬射線則是目前宇宙擁有最高能量的電磁波，波長在 0.01 奈米以下，穿透力極強，能量比可見光高出 10 億倍以上。
由於這 3 種粒子各有千秋，過去科學家自然而然選擇分開追蹤，或以不同的方法為這些粒子牽線，比如當宇宙射線與物質相互作用時應該會產生伽瑪射線，也可能產生中微子。
賓州大學物理學及天體物理學助理教授 Kohta Murase 稱「超高能宇宙射線」、「高能微中子」和「高能伽馬射線」為「宇宙使者」，他認為， 3 種粒子的速度幾乎旗鼓相當不會是單純巧合，因此他和團隊基於詳細的數值計算、匹配每個粒子的觀測值，終於提出一個「三合一」新模型，解釋這 3 種粒子為何在宇宙中有驚人相似的功率輸入。
怪物黑洞是關鍵
團隊將目光瞄向了活躍星系核（ AGN ），這是半個世紀以來認定為帶來宇宙射線的最大嫌疑犯，星系核中心是一個超大質量黑洞，有些伴隨強大噴流，以光速吐出些粒子殘渣。當高能高能宇宙射線從噴流摩擦中產生時，新模型順便解釋了高能微中子和高能伽馬射線都是高能宇宙射線和其他星系團、氣體碰撞時產生的子粒子。
新模型試圖為多粒子物理學提供大一統格局，幫助未來研究能更得心應手，畢竟揭開極端能量宇宙粒子的祕密，對深入了解宇宙至關重要。
▲ 超高能宇宙射線、高能微中子和高能伽馬射線起源的「三合一」新模型。（ Source ：賓州大學）
