Какво може да научим за черните дупки от „невъзможната“ субатомна частица

Физици изследват дали изключително високоенергийна частица, открита на Земята, може да е доказателство за рядък вид експлозия на черна дупка. Това би било откритие, което ще спомогне за обяснението на някои от най-дълбоките и загадъчни мистерии на Вселената.

През 2023 г. експеримент откри неутрино с толкова екстремна енергия, че изглеждаше в разрез с познатата ни до момента физика. Мистериозната частица носеше приблизително 100 000 пъти повече енергия от всяка друга частица, произведено някога от Големия адронен колайдер на Европейската организация за ядрени изследвания (CERN), и далеч отвъд това, което се смята, че астрофизични източници като свръхнови или активни галактики са способни да генерират. Изследователи от Университета на Масачузетс Амхърст обясниха в статия, че събитието може да е признак на експлодираща първична черна дупка.

Различен вид черна дупка

За разлика от звездните черни дупки, образувани при сблъсък на масивни звезди, първичните черни дупки са теоретични обекти, за които се смята, че са се образували малко след Големия взрив от екстремни колебания на плътността в ранната Вселена. Тези черни дупки биха могли да бъдат много по-маломасивни от тези, които астрономите са наблюдавали до момента.

През 70-те години на миналия век Стивън Хокинг предположи, че черните дупки не са напълно черни. Той теоретизира, че е възможно те бавно да губят маса, като излъчват радиация. Днес този феномен е известен в научните среди като радиация на Хокинг. За малките черни дупки този процес може да се ускори драстично с течение на времето.

„С колкото по-ниска маса е една черна дупка, толкова по-гореща трябва да бъде тя и толкова повече частици ще излъчва“, каза Андреа Там, доцент по физика в UMass Amherst и съавтор на новото изследване. Тя обясни,че докато тези черни дупки се свиват те биха могли да навлязат в неконтролируем процес, който завършва с бурен изблик на радиация.

„Невъзможното“ неутрино

В новата публикация екипът на UMass Amherst твърди, че специфичен тип първична черна дупка, известна като квазиекстремална първична черна дупка, може да произведе вида неутрино, наблюдавано през 2023 г. Откритието е направено с помощта на експеримента KM3NeT, който наблюдава високоенергийни неутрино с помощта на детектори дълбоко под Средиземно море.

Това откритие повдигна незабавни въпроси. Например, странно е, че обсерваторията IceCube в Антарктида, не е наблюдавала същото събитие и никога не е регистрирала неутрино с близка до споменатата енергия. Ако експлодиращите първични черни дупки бяха често срещани, учените биха очаквали много повече наблюдения на подобни събития.

Тъмен заряд

За да разрешат тази загадка, изследователите предполагат, че някои първични черни дупки може да носят т. нар. „тъмен заряд“. Този хипотетичен заряд отразява електромагнетизма, но действа чрез неизвестни частици, включително тежък „тъмен електрон“.

„Смятаме, че първичните черни дупки с тъмен заряд са липсващото звено“, каза Хоаким Игуас Хуан, постдокторант и съавтор на изследването. Според екипа, тези заредени черни дупки биха се държали различно от по-простите модели, произвеждайки редки, но изключително високоенергични изблици, а не чести и по-слаби сигнали.

Последици за тъмното вещество

Освен за същността на неутриното, изследователите предполагат, че техният модел би могъл да „хвърли светлина“ и върху тъмното вещество. То представлява е невидимото вещество, за което се смята, че съставлява по-голямата част от масата на Вселената.

„Ако нашата хипотеза за тъмен заряд е вярна, тогава вярваме, че може да има значителна популация от първични черни дупки. По този начин бихме могли да си обясним цялото липсващо тъмно вещество във Вселената“, каза Игуас Хуан.

Засега идеята остава теоретична, но екипът вярва, че бъдещи наблюдения биха могли да я проверят. Бейкър нарече откритието на неутрино през 2023 г. „нов прозорец към Вселената“ и добави, че изследователите може би се приближават до първите експериментални доказателства за радиацията на Хокинг. Това евентуално би могло да означава нова физика отвъд стандартния модел.

Експлозията на малка и много стара черна дупка може да се окаже едно от най-важните космически събития, наблюдавани някога.

Официалната публикация можете да намерите тук.