Более пятидесяти лет назад известный астрофизик Стивен Хокинг высказал гипотезу о том, что Вселенная могла быть заполнена микроскопическими черными дырами в результате Большого взрыва. В настоящее время ученые полагают, что им удалось наблюдать взрыв одной из таких черных дыр.
В феврале 2025 года европейский проект KM3NeT, объединяющий подводные детекторы у берегов Франции, Италии и Греции, сообщила об обнаружении нейтрино с чрезвычайно высокой энергией. Эта неуловимая частица обладает энергией приблизительно 100 ПэВ, что в 25 раз превышает энергию частиц, ускоряемых в Большом адронном коллайдере – самом мощном мировом устройстве для исследования структуры атомов.
Физики долгое время искали объяснение столь высокой энергии нейтрино. Однако теперь группа исследователей, не принимавшая участия в первоначальном обнаружении, выдвинула неожиданную гипотезу: нейтрино может свидетельствовать об испарении черной дыры. Предложение команды было изложено в статье, опубликованной в базе данных и еще не прошла рецензирование.
В 1970-х годах Хокинг пришел к выводу, что черные дыры не абсолютно черные. Напротив, в результате сложного взаимодействия между горизонтом событий черной дыры и квантовыми полями пространства-времени, они способны излучать медленный, но устойчивый поток энергии, который в настоящее время называется излучением Хокинга. Это указывает на то, что черные дыры подвержены испарению и в конечном итоге прекращают свое существование. Более того, уменьшение размеров черной дыры приводит к усилению излучения, пока она, по сути, не разрушится в мощном выбросе высокоэнергетических частиц и излучения, например нейтрино, зафиксированного коллаборацией KM3Net.
Все известные черные дыры обладают внушительными размерами, их масса превышает массу Солнца как минимум в несколько раз, а часто и значительно больше. Даже самым маленьким из обнаруженных черных дыр потребуется свыше 10^100 лет, чтобы прекратить свое существование. В случае, если нейтрино KM3NeT образовано взрывом черной дыры, она должна обладать значительно меньшей массой – порядка 10 000 килограммов. Это сопоставимо с весом двух взрослых африканских слонов, сжатых в черную дыру размером с атом.
Считается, что единственный известный механизм формирования таких микроскопических черных дыр – это хаотичные процессы, происходившие в ранней Вселенной. Эти процессы могли породить огромное количество «первобытных» черных дыр, рассеявшихся по космосу. Наиболее мелкие из них, возникшие в эпоху Большого взрыва, вероятно, уже распались, тогда как более массивные могли дожить до настоящего времени.
По мнению ученых, черная дыра массой 10 000 килограммов не могла бы просуществовать с момента Большого взрыва до настоящего времени. Однако исследователи предполагают наличие дополнительного квантового механизма, названного «грузом памяти», который способен защитить черные дыры от разрушения. Благодаря этому гипотетическому механизму, черная дыра с массой 10 000 килограммов могла бы сохраняться на протяжении миллиардов лет, прежде чем, в конечном итоге, детонирует, испуская высокоэнергетические нейтрино в сторону Земли.
Первобытные черные дыры могли бы объяснить природу темной материи — невидимой субстанции, которая составляет значительную часть всей материи во Вселенной — однако поиски этих объектов до настоящего времени не принесли результатов. Новое исследование может предоставить интригующую подсказку к решению этой загадки. Ученые пришли к выводу, что если первобытные черные дыры с такой массой достаточно распространены, чтобы составлять всю темную материю, то они должны взрываться с определенной регулярностью. Согласно их расчетам, при условии, что эта гипотеза подтвердится, коллаборация KM3NeT в ближайшие годы должна зарегистрировать еще одно мощное нейтрино.
В случае такого открытия нам, вероятно, потребуется существенно изменить наше понимание темной материи, высокоэнергетических нейтрино и физики ранней Вселенной.