Физики обнаружили след взорвавшейся первичной черной дыры в данных глубоководного телескопа

13 февраля 2023 года глубоководный нейтринный телескоп KM3NeT, установленный на дне Средиземного моря у побережья Сицилии, зафиксировал рекордное по энергии нейтрино. Данное событие впоследствии получило обозначение KM3-230213A. Энергия частицы достигла 220 петаэлектронвольт (ПэВ), что эквивалентно 0,035 джоуля: для одной элементарной частицы это колоссальная величина, превышающая энергию протонов в Большом адронном коллайдере почти на шесть порядков. Согласно новой научной работе физиков-теоретиков из Университета Массачусетса (UMass Amherst), этот объект мог обладать гипотетическим свойством, известным как «тёмный заряд».

До сих пор научное сообщество ставило достоверность этого события под сомнение. Главная причина скепсиса заключалась в данных нейтринной обсерватории IceCube в Антарктиде, которая не фиксировала аналогичных сигналов, несмотря на более длительный период наблюдений и больший объем детекторов. Стандартные астрофизические модели не могли объяснить, как одиночное событие такой колоссальной энергии могло произойти без сопутствующего потока более слабых частиц, видимых другими инструментами.

Авторы новой научной работы предложили решение парадокса. Согласно их расчетам, источником частицы стала взорвавшаяся первичная чёрная дыра (PBH) особого типа — «квазиэкстремальная» чёрная дыра с тёмным зарядом.

В отличие от обычных черных дыр, возникающих при коллапсе звезд, первичные черные дыры — это реликтовые объекты, зародившиеся в первые доли секунды после Большого взрыва. Они сформировались из-за случайных «сгустков» материи в сверхплотной молодой Вселенной. Согласно расчетам Стивена Хокинга, такие дыры не вечны: из-за квантовых эффектов они постепенно «худеют», испуская потоки частиц. Данный процесс, известный как излучение Хокинга, неизбежно ведет к финалу — полному испарению объекта, которое сопровождается мощнейшим гамма-всплеском, напоминающим ядерный взрыв.

Физики-теоретики UMass Amherst считают, что если первичная чёрная дыра обладает «тёмным зарядом» (аналогом электрического заряда в скрытом секторе физики частиц) и взаимодействует с гипотетическими «тёмными электронами», то процесс её испарения кардинально меняется. Моделирование показало, что взрыв такого объекта способен породить именно тот уникальный спектр частиц, который наблюдал KM3NeT: редкий, но экстремально мощный выброс нейтрино, который мог остаться незамеченным для IceCube из-за специфики его настройки или расположения источника.

Если гипотеза подтвердится, это станет первым доказательством существования не только первичных чёрных дыр, но и новой физики за пределами Стандартной модели. Ученые отмечают, что подобные объекты могут составлять значительную часть темной материи во Вселенной.

Источник:livescience.com