Редкий взрыв первичной черной дыры может объяснить «невозможное» обнаружение нейтрино, считают астрофизики, что потенциально может дать новые подсказки о фундаментальной природе Вселенной.

Об этом сообщает издание Последние события со ссылкой на пресс-релиз Университета Массачусетса в Амхерсте.

Нейтрино, врезавшееся в Землю в 2023 году, озадачило ученых, поскольку его энергия в 100 000 раз превышала энергию самой мощной частицы, когда-либо созданной Большим адронным коллайдером. Теперь недавнее исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, предполагает, что это чрезвычайно энергичное нейтрино может согласовываться с гипотезой о гибели квазиэкстремальных первичных черных дыр.

Считается, что типичные черные дыры образуются в результате гибели массивных звезд, когда они прекращают ядерный синтез, взрываются в сверхновой и оставляют после себя область пространства-времени с экстремальной гравитацией. Однако в 1970 году Стивен Хокинг выдвинул гипотезу о том, что могут существовать также первичные черные дыры (PBH). Эти черные дыры образовались бы в самых первых условиях Вселенной, а не в результате коллапса звезд, что привело бы к образованию объектов с такой же неизбежной плотностью, но гораздо меньшей массой. Согласно расчетам Хокинга, они излучали бы определенный тип частиц, названный «излучением Хокинга», после достижения определенной температуры.

«Чем легче черная дыра, тем горячее она должна быть и тем больше частиц она излучает», — сказала соавтор исследования Андреа Тамм, доцент кафедры физики в Университете Массачусетса в Амхерсте. «По мере испарения PBH становятся все легче и горячее, испуская еще больше излучения в безудержном процессе вплоть до взрыва. Именно это излучение Хокинга могут обнаружить наши телескопы».

Прямое наблюдение такого взрыва было бы огромным достижением для физики и астрономии. Оно обеспечило бы полный каталог всех существующих субатомных частиц, включая известные типы, такие как электроны, кварки и бозоны Хиггса, а также потенциально частицы, которые остаются полностью теоретическими, такие как кандидаты на темную материю. В предыдущей работе та же команда UMass Amherst написала, что фиксация такого явления может быть разумной целью, оценив, что оно должно происходить примерно раз в десятилетие и его можно обнаружить с помощью современного наблюдательного оборудования.

Именно KM3NeT Collaboration зафиксировала нейтринное явление 2023 года, которое команда UMass Amherst признала соответствующим типу взрыва черной дыры, который они исследовали.

Вызовом для теории команды было то, что эксперимент IceCube, специально разработанный для обнаружения высокоэнергетических космических нейтрино, не зафиксировал события 2023 года или чего-либо даже отдаленно похожего по мощности. Это создало значительное расхождение между ожиданиями команды относительно частоты событий и тем, что было зафиксировано реальными приборами.

«Мы считаем, что PBH с «темным зарядом» — то, что мы называем квазиэкстремальными PBH — является недостающим звеном», — Жоаким Игуаз Хуан, докторант по физике в UMass Amherst. «Темный заряд — это, по сути, копия обычной электрической силы, которую мы знаем, но которая включает очень тяжелую, гипотетическую версию электрона, которую команда называет «темным электроном».

Команда отмечает, что их модель квазиэкстремальных первичных черных дыр является более сложной, чем другие модели PBH. Ее способность объяснить иначе непонятное наблюдение нейтрино 2023 года свидетельствует о том, что эта дополнительная сложность может лучше отражать реальность.

«PBH с темным зарядом обладает уникальными свойствами и ведет себя иначе, чем другие, более простые модели PBH», — говорит Тамм. «Мы показали, что это может дать объяснение всем, на первый взгляд, противоречивым экспериментальным данным».

«Если наша гипотеза о темном заряде верна, — добавляет Игуаз Хуан, также один из соавторов исследования, — то мы считаем, что может существовать значительная популяция PBH, которая будет соответствовать другим астрофизическим наблюдениям и объяснять всю недостающую темную материю во Вселенной».

По мере продолжения исследований команда сохраняет оптимизм относительно возможности объяснить темную материю и, возможно, открыть новые частицы, выходящие за пределы Стандартной модели.