Теория крохотных черных дыр Стивена Хокинга, нашла подтверждение на дне моря
В феврале 2025 года европейская коллаборация KM3NeT, состоящая из подводных детекторов у берегов Франции, Италии и Греции, объявила об открытии ошеломляюще мощного нейтрино. Эта частица обладает энергией около 100 ПэВ — в 25 раз больше, чем частицы, ускоряемые в Большом адронном коллайдере, самом мощном в мире устройстве для столкновений тяжелых частиц.
Физики попытались найти объяснение происхождению настолько энергичного нейтрино. Теперь группа исследователей, не участвовавших в регистрации частицы предложила неожиданную гипотезу: нейтрино является признаком испаряющейся черной дыры. Команда описала свое предложение в статье, которая размещена сервере препринтов arXiv.
Черные дыры Хокинга и сверхмощное нейтрино
В 1970-х годах Хокинг понял, что черные дыры не совсем черные. Благодаря сложному взаимодействию между горизонтом событий черной дыры и вакуумом, они могут испускать медленный, но стабильный поток излучения, который теперь известен как излучение Хокинга. Это означает, что черные дыры испаряются и в конце концов исчезают. На самом деле, чем меньше становится черная дыра, тем ее излучение интенсивнее, и так до того момента, когда она взорвется и разбросает целую бурю высокоэнергетических частиц и излучения, столь же интенсивного, как то нейтрино, которое заметил KM3Net.
Но все известные черные дыры очень велики, они по крайней мере, в несколько раз больше массы Солнца, а иногда и в миллионы раз больше. Даже самым маленьким из известных черных дыр потребуется более 10^100 лет, чтобы взорваться. Если нейтрино KM3NeT вызвано взрывом черной дыры, она должно быть около 10 тонн. Это примерно столько же, сколько весят два африканских слона сжатые до размера атома.
Единственный теоретически возможный способ образования таких крошечных черных дыр — это хаотические события в самом начале Большого взрыва, которые, возможно, заполнили космос «первобытными» (или первичными) черными дырами. Самые маленькие первобытные черные дыры, образовавшиеся в результате Большого взрыва, давно бы взорвались, в то время как более крупные могут сохраниться до наших дней.
Черная дыра массой 10 тонн не могла бы дожить до наших дней, — она должна целиком испариться. Но авторы нового исследования отметили, что может существовать дополнительный квантовый механизм известный как «бремя памяти», который позволяет черным дырам сопротивляться распаду. Это позволило бы черной дыре весом 10 тонн просуществовать миллиарды лет, прежде чем она в конце концов взорвалась и отправила высокоэнергетическое нейтрино в сторону Земли.
Первобытные черные дыры могли бы стать объяснением темной материи, составляющей большую часть всей материи Вселенной, но до сих пор поиски таких черных дыр ничего не дали. Новая работа может дать подсказку, как такие черные дыры искать. Исследователи показали, что если первобытные черные дыры этого диапазона масс достаточно многочисленны, они могут объяснить всю темную материю, то тогда они должны взрываться достаточно регулярно. По расчетам физиков, если эта гипотеза верна, то в ближайшие несколько лет коллаборация KM3NeT должна увидеть по крайней мере еще одно высокоэнергетичное нейтрино.
Если сверхэнергетичные нейтрино будут регистрироваться регулярно, то нам, возможно, придется радикально пересмотреть свое отношение к темной материи, происхождению нейтрино и даже к физике ранней Вселенной.