Обнаружение необычного нейтрино из Средиземного моря связано со взрывом черной дыры

Новости МирТесен

В 2023 году нейтрино с необычайно высокой энергией были зафиксированы земными детекторами. Их параметры казались невозможными с теоретической точки зрения. Чтобы объяснить происхождение этой частицы, физики выдвинули гипотезу о том, что она образовалась в результате взрыва черной дыры в эпоху ранней Вселенной.

По мнению ученых, испарение молодой черной дыры, за которым последовала мощная вспышка, могло послужить источником нейтрино с исключительно высокими энергетическими показателями, полагают авторы новой работы в Physical Review Letters (текст статьи). Несмотря на внешнюю стройность их идей, само существование черных дыр таких параметров остается весьма спорным.

Обычные чёрные дыры, до момента их слияния, не позволяют чему-либо покинуть свою внутреннюю область. Они способны испускать незначительное количество излучения Хокинга (точнее, горизонт событий чёрной дыры), однако это явление наблюдаемо лишь у чёрных дыр с крайне малой массой. Интенсивность излучения Хокинга прямо пропорциональна массе чёрной дыры – чем она меньше, тем сильнее излучение и тем быстрее происходит потеря массы. В финальной стадии своего развития чёрная дыра может даже самопроизвольно разрушиться.

Ранее американские физики выдвинули гипотезу о том, что первичные черные дыры, возникшие вскоре после Большого взрыва, взрывались достаточно регулярно, и поэтому астрономы потенциально могут фиксировать частицы от них приблизительно раз в десятилетие. В 2023 году произошло событие, которое некоторые интерпретировали как подтверждение этой гипотезы: научная коллаборация KM3NeT, используя сеть детекторов, расположенных в Средиземном море, зарегистрировала нейтрино с энергией, превышающей 100 квадриллионов электронвольт.

В своей новой работе авторы проанализировали данное событие и подчеркнули, что другая коллаборация, IceCube, занимающаяся регистрацией нейтрино и поиском их в антарктических льдах, не обнаружила подобных явлений с энергией, превышающей квадриллион электронвольт. Этот факт представляется необычным и вызывает подозрения о возможной технической ошибке при регистрации в Средиземном море.

По мнению ученых, это не обязательно является ошибкой, при условии, что существуют так называемые квазиэкстремальные первичные черные дыры. Под такими объектами они понимают тела, обладающие «темным зарядом» – аналогом электрического заряда, который, как предполагается, создается очень тяжелыми «темными» электронами. С помощью расчетов было показано, что наличие подобного темного заряда приведет к тому, что первичные черные дыры практически не будут излучать частицы с энергиями в один квадриллион электронвольт, однако регулярно испускать частицы с энергией, превышающей это значение в сотню раз.

Данное объяснение действительно разрешает расхождения в результатах, полученных нейтринными обсерваториями, расположенными в Средиземном море и Антарктиде, однако оставляет открытой фундаментальную физическую проблему. Черные дыры с параметрами массы, необходимыми для взрывного испускания подобных частиц, не способны сформироваться в современной Вселенной. В процессе гравитационного коллапса звезды образуется черная дыра слишком большой массы, чтобы она могла испариться.

Утверждение о формировании маломассивных чёрных дыр сразу после Большого взрыва связано с необходимостью делать существенные предположения относительно инфляции. В настоящее время нет никаких подтверждений того, что инфляция действительно имела место в ранней Вселенной. Данная гипотеза остаётся непроверенной, и многие физики подвергают её критике по различным основаниям.

Существует и ещё одна трудность: согласно расчётам, некоторые из первых чёрных дыр должны были бы сохраниться и до наших дней. Однако, чтобы это не произошло, характеристики гипотетической ранней Вселенной приходится подбирать с большой долей произвольности, что указывает на необходимость тонкой настройки. При этом астрономы не зафиксировали ни одного надёжного признака первичных чёрных дыр или их взрывов, происходящих в современную эпоху. Это обстоятельство ещё больше уменьшает вероятность их существования.