近日，国际物理学知名期刊《Physical Review D》发表了由郑州大学、北京大学、香港科技大学、中国科学院力学研究所和重庆大学研究人员合作完成的研究论文《Generation of TeV Photons by PeV Neutrinos in Dense Astrophysical Environments》。该研究提出并系统计算了一种高能中微子诱导伽马光子产生的新机制：致密天体内部产生的高能中微子可以穿过对光子不透明的高密度区域，并在外层光学薄介质中与核子发生散射，生成次级部分子。这些部分子进一步强子化形成中性π介子，并通过π⁰→γγ衰变产生能够逃逸的TeV–PeV高能光子。这一机制为超高能中微子与高能伽马射线之间建立了新的物理联系，也为多信使天文学研究极端天体环境提供了新的理论依据。

近年来，高能中微子和高能伽马射线观测均取得重要进展。IceCube已积累大量TeV–PeV能区的天体中微子事例，KM3NeT进一步报告了能量约220 PeV的超高能宇宙中微子；与此同时，LHAASO、Tibet ASγ、MAGIC、Carpet-3等地面实验在多个银河系和河外天体源中观测到TeV–PeV能区的高能光子。这些发现共同表明，宇宙中存在能够将粒子加速到极高能量的极端天体环境，但中微子与伽马射线之间是否可能存在更直接的物理联系，仍是多信使天文学中的重要问题。

在通常的高能天体物理图景中，中微子和伽马射线往往被视为强子相互作用产生的两类并行信使，而在致密天体内部产生的高能光子又容易因较大的光学深度而被吸收。该研究关注了另一种可能的能量传递链条：由于中微子的相互作用截面很小，它们能够从光学厚的内部区域向外传播。当中微子到达密度仍足以发生散射、但对高能光子已经相对透明的外层区域时，就可能通过中微子–核子相互作用重新产生可观测的高能伽马光子。由此，中微子不仅是携带天体源内部信息到达地球的“信使”，还可能在源环境中充当将高能量输运到外层区域的中间载体。

在理论计算上，研究团队系统考虑了中微子和反中微子与核子发生的带电流和中性流过程，并结合核子的部分子分布函数、部分子到π⁰介子的碎裂函数以及π⁰→γγ衰变，得到入射中微子能量从1 TeV到220 PeV范围内的光子能量分布。结果显示，在中微子–核子散射所产生的归一化光子能谱中，当入射（反）中微子能量高于1 PeV时，产生能量超过1 TeV光子的概率大于13%，表明这一过程能够形成不可忽略的TeV高能光子成分。随着入射中微子能量进一步升高，高能光子所占比例还会明显增加。

研究团队进一步将这一机制应用于著名的极亮伽马射线暴GRB 221009A。LHAASO在该事件主爆发和Fermi-GBM触发之前观测到4个约4–10 TeV的提前发射光子，其到达时间约为触发前19.8–69.1秒。论文建立了一个具体的高能光子提前发射模型：当喷流仍在前身星内部传播时，可以先产生高能中微子。同期产生的光子因内部光学深度很大而难以逃逸，而中微子能够传播至恒星包层的外部光学薄区域，并与质子和中子相互作用产生π⁰，继而衰变为TeV光子。通过联合计算提前发射光子的能量与提前到达时间分布，研究发现LHAASO报告的4个提前发射事例均落在模型预测的主要高概率区域内。该机制因而为GRB 221009A的提前爆发TeV辐射提供了一种可行的定量解释。

该研究表明，在合适的致密天体环境中，中微子诱导的次级伽马辐射虽然可能只占总辐射的一部分，却有机会形成可观测信号。这一结果拓展了极端天体环境中高能强子过程的物理图景，也为未来联合IceCube、KM3NeT等中微子观测与LHAASO等高能伽马射线观测提供了新的理论工具。通过寻找中微子事件与高能光子在能量、时间和方向上的关联，未来有望进一步约束高能中微子的起源、天体源外层介质性质以及喷流传播等关键物理过程。

论文作者为王俊谌、宋翰林、李昊、朱杰和马伯强。研究工作由多单位合作完成，并得到国家自然科学基金（No. 12335006）和北京大学高性能计算平台的支持。

论文原文：

Jun-Chen Wang, Hanlin Song, Hao Li, Jie Zhu, and Bo-Qiang Ma

Generation of TeV Photons by PeV Neutrinos in Dense Astrophysical Environments

Physical Review D 114 (2026) 063023

https://doi.org/10.1103/748y-3vyj

arXiv: https://arxiv.org/abs/2608.21266