Група фізиків з Массачусетського університету опублікувала результати дослідження, що пояснює природу «неможливого» нейтрино. На думку вчених, його створила чорна діра, що вибухнула.
Ключ до фундаментальної природи Всесвіту
Вчені досить добре розуміють життєвий цикл чорних дір. Зоря-гігант вичерпує запаси свого термоядерного палива, вибухає у вигляді найпотужнішої наднової та залишає після себе область простору-часу з такою інтенсивною гравітацією, що ніщо, навіть світло, не може з неї вирватися. Це т. зв. чорна діра зоряної маси. Також існують чорні діри проміжної маси та надмасивні чорні діри, розташовані в центрах більшості галактик. Такі об’єкти неймовірно важкі й, по суті, стабільні.
Але, як зазначив фізик Стівен Гокінг у 1970 році, є ще один вид чорних дір — первинні чорні діри (PBH). Вони утворилися не в результаті гравітаційного колапсу, а через первинні умови Всесвіту незабаром після Великого вибуху. Як і стандартні чорні діри, вони настільки щільні, що майже ніщо не може з них вирватися — саме це і робить їх «чорними».
Однак, попри свою щільність, PBH можуть бути набагато легшими за чорні діри, які ми спостерігали досі. Крім того, Гокінг показав, що PBH можуть повільно випромінювати частинки через те, що зараз відомо як «випромінювання Гокінга», якщо вони нагріваються досить сильно. У міру випаровування вони стають все легшими й, отже, гарячішими, випромінюючи ще сильніше в процесі, який прискорюється і завершується їх вибухом.
В ході свого попереднього дослідження вчені з Массачусетського університету показали, що вибухи PBH можуть відбуватися кожні 10 років, що набагато частіше, ніж вважалося раніше. Земні телескопи можуть виявити такий вибух. Якби астрономи змогли побачити його, він дав би нам остаточний каталог всіх наявних субатомних частинок, включно з частинками темної матерії, а також усе інше, що досі є абсолютно невідомим науці.
Чорні діри та темна матерія
До недавнього часу все це залишалося теорією. Однак тепер у вчених з’явилися перші докази вибуху чорної діри.
У 2023 році під час експерименту під назвою KM3NeT Collaboration вдалося зафіксувати «неможливе» нейтрино. Його енергія в 100 000 разів перевищує енергію найвисокоенергетичнішої частинки, коли-небудь виробленої Великим адронним колайдером. Ніде у Всесвіті не відомо жодного джерела, здатного виробити таку енергію. На думку вчених, єдине можливе пояснення — вибух первинної чорної діри.
Правда залишалася одна заковика: аналогічний експеримент під назвою IceCube, також створений для реєстрації високоенергетичних космічних нейтрино, не тільки не зафіксував цю подію, але й ніколи не реєстрував нічого, навіть сотої частки його потужності. Якщо у Всесвіті відносно багато PBH і вони часто вибухають, хіба ми не повинні бути засипані високоенергетичними нейтрино? Чим можна пояснити цю невідповідність?
«Ми вважаємо, що PBH з «темним зарядом» — те, що ми називаємо квазіекстремальними PBH — є відсутньою ланкою», — сказав Жоакім Ігуаз Хуан, постдокторський дослідник у галузі фізики в UMass Amherst і один зі співавторів статті. Темний заряд — це, по суті, копія звичайної електричної сили, як ми її знаємо, але вона містить у собі дуже важку гіпотетичну версію електрона, яку команда називає «темним електроном».
«Існують і інші, простіші моделі PBH», — каже Майкл Бейкер, співавтор і доцент кафедри фізики Массачусетського університету в Амхерсті. «Наша модель темного заряду складніша, а це означає, що вона може дати точнішу модель реальності. Найцікавіше — це те, що наша модель може пояснити це інакше незрозуміле явище».
Команда впевнена, що їхня модель PBH з темним зарядом не тільки може пояснити нейтрино, але й розгадати таємницю темної матерії. Якщо гіпотеза про темний заряд вірна, то вона означає існування значної популяції первинних чорних дір, що буде узгоджуватися з іншими астрофізичними спостереженнями та пояснювати всю відсутню темну матерію у Всесвіті.
«Спостереження високоенергетичного нейтрино було неймовірною подією, — підсумовує Бейкер. — Воно відкрило нам нове вікно у Всесвіт. Але тепер ми можемо бути на порозі експериментального підтвердження випромінювання Гокінга, отримання доказів існування як первинних чорних дір, так і нових частинок за межами Стандартної моделі, а також пояснення таємниці темної матерії».
За матеріалами University of Massachusetts Amherst
