Фізики довели, що вибухи первинних чорних дір можуть створювати частинки екстремальної енергії у Всесвіті

Надпотужна нейтрино-частинка, зафіксована на Землі на початку 2023 року, могла виникнути внаслідок вибуху рідкісного типу первинної чорної діри. Таку гіпотезу висунула група дослідників, наголошуючи, що це лише одна з можливих версій без прямого підтвердження, але вона потенційно здатна змінити уявлення про фізику елементарних частинок і природу темної матерії.

Йдеться про нейтрино, зафіксоване детекторами Cubic Kilo­me­tre Neu­tri­no Tele­scope (KM3NeT), розташованого на дні Середземного моря. Частинка мала енергію до 220 квадрильйонів електронвольт, що щонайменше у 100 разів перевищує енергію будь-якого раніше зареєстрованого нейтрино і приблизно у 100 000 разів більше, ніж можуть створити найпотужніші прискорювачі частинок на кшталт Великого адронного колайдера. Через таку екстремальну енергію дослідники дійшли висновку, що джерелом міг бути невідомий або вкрай рідкісний космічний процес.

У роботі, прийнятій до публікації в журналі Phys­i­cal Review Let­ters, автори припускають, що джерелом могла стати первинна чорна діра — гіпотетичний об’єкт, який міг утворитися в перші миті після Великого вибуху. Такі чорні діри, за теорією Стівена Гокінга, поступово випаровуються через гокінгівське випромінювання, стають дедалі гарячішими й зрештою можуть вибухати. За словами співавторки дослідження Андреа Тамм з Університету Массачусетсу в Амгерсті, що менша чорна діра, то інтенсивніше вона випромінює частинки, аж до фінального вибуху.

Окрему увагу вчені приділяють тому, що це нейтрино не зафіксували інші детектори, зокрема Ice­Cube в Антарктиді. Для пояснення цієї невідповідності запропоновано модель так званої квазіекстремальної первинної чорної діри з «темним зарядом» — гіпотетичною формою взаємодії, пов’язаною з важкою «темною» версією електрона. Такі властивості могли б зробити вибухи рідкісними та важкими для виявлення, а частина слабших сигналів, за словами авторів, могла залишитися непоміченою або зафіксованою лише частково.

Хоча дослідження не доводить існування таких чорних дір, команда вважає, що перевірка гіпотези — питання часу. За їхніми розрахунками, з імовірністю близько 90% перший вибух квазіекстремальної первинної чорної діри може бути зафіксований до 2035 року. Така подія, на думку авторів, могла б відкрити доступ до повного спектра елементарних частинок, включно з відомими й теоретичними, а також дати ключ до розгадки темної матерії, яка, за цією моделлю, може повністю складатися з таких об’єктів.