Невероятно энергичная «невозможная» частица, поразившая Землю в 2023 году, могла оказаться обломком взорвавшейся первичной чёрной дыры, сформированной во время Большого взрыва. Если это так, то это может доказать существование первичных чёрных дыр, которые, в свою очередь, способны объяснить, из чего состоит самая загадочная «субстанция» Вселенной — тёмная материя.
Речь идёт о нейтрино, энергия которого в 100 000 раз превышает энергию частиц, рождающихся в самом мощном ускорителе на Земле — Большом адронном коллайдере (БАК). Фактически, эта частица была настолько энергичной, что учёные не знают ни одного естественного космического явления, достаточно мощного для её создания.
Теперь же группа исследователей из Массачусетского университета в Амхерсте выдвинула гипотезу, что такая частица могла быть выброшена при взрыве так называемой «квази-экстремальной первичной чёрной дыры».
Ключом к взрывам чёрных дыр является испарение посредством излучения Хокинга — теплового излучения, названного в честь физика Стивена Хокинга, впервые предсказавшего его существование в 1974 году. Чем горячее чёрная дыра, тем быстрее она испаряется, теряя массу и в конце концов завершая свою жизнь грандиозным взрывом.
Однако, загвоздка в том, что чем массивнее чёрная дыра, тем она холоднее и тем медленнее она теряет энергию. Даже самые маленькие чёрные дыры звёздной массы, рождающиеся в сверхновых, испарялись бы около 10^67 лет — срок, невообразимо превышающий возраст Вселенной.
Но Хокинг также теоретизировал о существовании другого типа чёрных дыр, рождённых не из смерти звёзд, а непосредственно из флуктуаций плотности в «первичном море» ультрагорячих частиц, заполнявших космос в первые мгновения после Большого взрыва. Поскольку эти первичные чёрные дыры могут быть чрезвычайно малыми (с массой планеты или даже крупного астероида, а не в 3–5 масс Солнца), они могут быть достаточно горячими, чтобы испаряться и взрываться за время жизни Вселенной.
«Чем легче чёрная дыра, тем она должна быть горячее и тем больше частиц будет излучать, — пояснила член исследовательской группы Андреа Тамм. — Испаряясь, первичные чёрные дыры становятся ещё легче и горячее, излучая всё больше радиации в runaway-процессе, ведущем к взрыву. Именно это излучение Хокинга наши телескопы могут обнаружить».
Астрономы оценивают, что взрыв первичной чёрной дыры должен происходить примерно раз в десять лет. До сих пор ни одного такого взрыва зафиксировано не было, поэтому как первичные чёрные дыры, так и излучение Хокинга остаются чисто теоретическими концепциями. Если, конечно, свидетельством такого взрыва не стала та самая частица, чью истинную природу не сразу удалось осознать.
Невозможная частица
Сверхэнергетичное нейтрино было зарегистрировано в 2023 году сетью нейтринных детекторов KM3NeT, расположенной на дне Средиземного моря.
«Наблюдение этого высокоэнергетичного нейтрино было невероятным событием, — сказал исследователь Майкл Бейкер. — Оно открыло нам новое окно во Вселенную. И теперь мы, возможно, стоим на пороге экспериментального подтверждения излучения Хокинга, получения доказательств существования как первичных чёрных дыр, так и новых частиц за пределами Стандартной модели, и разгадки тайны тёмной материи».
Однако есть одно «но». Событие не было зафиксировано аналогичным нейтринным детектором IceCube, расположенным глубоко во льдах Южного полюса. Это проблема, потому что IceCube был специально создан для обнаружения высокоэнергетичных нейтрино, но никогда не регистрировал частиц даже с 1/100 энергии этого «невозможного» нейтрино.
Если первичные чёрные дыры взрываются раз в десять лет, IceCube должен был бы постоянно бомбардироваться высокоэнергетичными нейтрино. Так где же они?
У команды из Массачусетского университета есть теория.
«Мы считаем, что первичные чёрные дыры с «тёмным зарядом» — то, что мы называем квази-экстремальными первичными чёрными дырами — являются недостающим звеном», — заявил член команды Хоаким Игуас Хуан.
«Тёмный заряд» — это аналог известной нам электромагнитной силы, но переносимый не обычным электроном, а его гипотетическим, гораздо более массивным родственником — «тёмным электроном».
«Существуют и другие, более простые модели первичных чёрных дыр, — отметил Бейкер. — Наша модель с тёмным зарядом сложнее, а значит, может точнее описывать реальность. Поразительно, что она способна объяснить этот иначе необъяснимый феномен».
Первичная чёрная дыра с тёмным зарядом обладала бы уникальными свойствами, отличающими её от стандартной, и это могло бы объяснить не только «невозможное» нейтрино, но и разгадать тайну тёмной материи.
Тёмная материя остаётся загадкой потому, что, в отличие от частиц обычной материи, она не взаимодействует с электромагнитным излучением, то есть со «светом». Несмотря на то что её в пять раз больше, она невидима. Одним из кандидатов на роль тёмной материи как раз и являются первичные чёрные дыры.
«Если наш гипотетический тёмный заряд реален, то, мы полагаем, может существовать значительная популяция первичных чёрных дыр, что согласуется с другими астрофизическими наблюдениями и объясняет всю недостающую тёмную материю во Вселенной», — заключил Игуас Хуан.
Исследование команды было принято к публикации в журнале Physical Review Letters.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий