В 2023 году детектор KM3NeT зарегистрировал нейтрино с энергией, которая показалась физикам невозможной. Частица несла в себе в 100 тысяч раз больше энергии, чем «энергия самых мощных столкновений, производимых Большим адронным коллайдером». Ни один известный космический процесс — от взрывов сверхновых до активности сверхмассивных черных дыр — не мог разогнать ее до таких значений. Группа ученых из Массачусетского университета в Амхерсте (University of Massachusetts Amherst), о работе которых пишет SciTechDaily, предложила объяснение, которое одновременно решает и другую загадку — природу темной материи.
В 2023 году был обнаружен одиночный нейтрино, несущий больше энергии, чем любой известный космический процесс должен производить. Теперь физики предполагают, что ответ может заключаться во взрывной гибели экзотической формы первичной черной дыры (иллюстрация художника). Источник: SciTechDaily.com
Физики опирались на идею первичных черных дыр. В отличие от обычных, которые образуются при коллапсе звезд, первичные могли возникнуть в первые мгновения после Большого взрыва из случайных сгустков материи. Они могут быть крошечными, а значит, подчиняются законам квантовой механики. Еще в 1970-х Стивен Хокинг (Stephen Hawking) теоретически обосновал: маленькие черные дыры испаряются, излучая частицы. Чем они меньше, тем быстрее идет процесс, и в конце концов происходит мощный выброс — фактически взрыв.
Тут возникает нестыковка. Другой нейтринный детектор, IceCube, который американцы специально создавали на Южном полюсе для регистрации высокоэнергетических космических нейтрино, ничего подобного не видел. Если Вселенная кишит взрывающимися черными дырами, поток сверхэнергичных частиц должен быть куда плотнее. Ученые нашли выход: они предположили, что первичные черные дыры могут обладать «темным зарядом» — аналогом электрического, но связанным с гипотетическими тяжелыми частицами, которые исследователи называют «темными электронами».
Такие дыры — их назвали квазиэкстремальными — испаряются иначе, давая всплески излучения, которые регистрируются редко, но с огромной энергией. Модель объясняет и одиночное событие KM3NeT, и молчание IceCube.
Если теория верна, эти же черные дыры могут составлять недостающую темную материю. А само событие 2023 года может стать первым случаем, когда ученые смогут экспериментально подтвердить существование излучения Хокинга.
Вероятно, именно для того чтобы нейтринный детектор IceCube, в частности, мог видеть подобные частицы, американцы и провели его масштабную модернизацию — о чем подробнее можно прочитать в нашем предыдущем материале.