Тихий взрыв, который слышно на краю Вселенной: монстр указало на смерть первичной чёрной дыры

Долгое время считалось, что гибель чёрной дыры — событие чисто теоретическое и недостижимое для наблюдений. Даже самые "лёгкие" чёрные дыры, по расчётам, должны существовать дольше возраста Вселенной. Однако обнаружение экстремально энергичного нейтрино заставило учёных пересмотреть эти представления. Об этом сообщает журнал Physical Review Letters.

Нейтрино, которое выбивается из всех рамок

В центре новой работы — частица KM3-230213A, зафиксированная нейтринным телескопом KM3NeT. Это нейтрино оказалось в 35 раз энергичнее предыдущего рекорда и примерно в 100 тысяч раз мощнее частиц, разгоняемых в Большом адронном коллайдере.

Подобный уровень энергии крайне сложно объяснить привычными астрофизическими процессами, такими как вспышки сверхновых или активные ядра галактик. Учёные подчёркивают, что источник сигнала должен был быть по-настоящему исключительным и кратковременным.

Первичные чёрные дыры как возможный источник

Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте выдвинули гипотезу, что сигнал мог возникнуть при финальной стадии испарения первичной чёрной дыры. Такие объекты, если они существуют, могли появиться вскоре после Большого взрыва и обладать гораздо меньшей массой, чем звёздные чёрные дыры. Это делает их идеальными кандидатами на роль "взрывающихся" источников частиц.

"Чем легче черная дыра, тем она должна быть горячее и тем больше частиц она будет испускать", — говорит соавтор исследования, физик Андреа Тамм из Массачусетского университета в Амхерсте.

По мере уменьшения массы процесс ускоряется, и в самом конце испарение может напоминать мощный всплеск излучения Хокинга, доступный для детекторов.

Загадка отсутствующих сигналов и роль тёмной материи

Одна из проблем заключается в том, что столь энергичное нейтрино было зарегистрировано лишь одним экспериментом. Детектор IceCube, работающий по схожему принципу, подобных событий не наблюдал. Чтобы объяснить это расхождение, авторы работы вводят понятие "тёмного заряда".

"Мы считаем, что первичные черные дыры с "темным зарядом" — то, что мы называем квазиэкстремальными первичными черными дырами — являются недостающим звеном", — поясняет соавтор исследования Хоаким Игуас Хуан.

В рамках модели такие объекты взаимодействуют с гипотетическими частицами тёмной материи и ведут себя иначе, чем стандартные варианты ПЧД.

Почему сложная модель может быть ближе к реальности

Авторы подчёркивают, что существуют и более простые сценарии, однако именно модель с тёмным зарядом лучше согласуется с наблюдаемыми данными.

"Наша модель темного заряда сложнее, а это значит, что она может дать более точную модель реальности", — отмечает Майкл Бейкер.

Если предположение верно, первичные чёрные дыры могут не только объяснить редкие нейтринные сигналы, но и составлять значительную долю тёмной материи, о природе которой физика до сих пор знает крайне мало.

Высокоэнергетическое нейтрино стало поводом взглянуть на Вселенную под новым углом и проверить идеи, которые десятилетиями оставались лишь на бумаге. Даже если гипотеза о первичных чёрных дырах с тёмным зарядом потребует уточнений, сама возможность экспериментальной проверки излучения Хокинга открывает для фундаментальной физики принципиально новые перспективы.