Най-мощното неутрино във Вселената може да е дошло от експлозията на черна дупка близо до Слънцето, според учени от MIT

Физици от Масачузетския технологичен институт (MIT) предложиха хипотеза, според която наскоро откритото най-мощно неутрино във Вселената може да се е родило от експлозията на първична черна дупка близо до Слънчевата система. Работата е публикувана в Physical Review Letters и ако се потвърди, може да бъде първото косвено доказателство за лъчението на Хокинг.

Неутриното често е наричано „частица-призрак“ заради неуловимия си характер: тя е повсеместно разпространена, но почти не взаимодейства с материята. Неотдавна обсерваторията KM3NeT, разположена на дъното на Средиземно море регистрира неутрино с енергии над 100 PeV (петаелектронволта) – стойност, която е стотици пъти по-голяма от тази, която може да се постигне в земните ускорители. Източникът на такава мощна частица все още не е идентифициран и тук екипът на Масачузетския технологичен институт предлага обяснение.

Първичните черни дупки са хипотетични обекти, които биха могли да се образуват непосредствено след Големия взрив. За разлика от масивните черни дупки в центровете на галактиките, те са микроскопични, но се подчиняват на същите закони на физиката. Според теорията на Стивън Хокинг, такива обекти постепенно се изпаряват, като губят маса и излъчват частици. Колкото по-малка става черната дупка, толкова по-гореща е тя и толкова по-енергични частици излъчва. Последният етап би трябвало да завърши с катастрофален взрив – краткотрайно освобождаване на колосален брой високоенергийни частици, включително неутрино.

Авторите на статията изчислиха, че ако първичните черни дупки съставляват по-голямата част от тъмната материя, сега в нашата галактика би трябвало да има малка популация от обекти, които приключват своето съществуване.

Експлозия в близост до Слънчевата система може да е изхвърлила поток от частици и някои от тях да са достигнали до детектора на Земята. Изчисленията сочат, че в последните мигове от живота си микроскопична черна дупка, по-малка от атом би трябвало да излъчи около 10²⁰ неутрино с енергии около 100 PeV – точно такива, каквито са регистрирани от KM3NeT.

Тези данни помагат да се обясни несъответствието между наблюденията на KM3NeT и южния полярен детектор IceCube. Последният е регистрирал само няколко неутрино с аномално високи енергии през последните години, но техният брой и честота са несъвместими със събитие от мащаба на KM3NeT. Моделът на MIT показва, че веднъж на няколко десетилетия може да има локална експлозия на първична черна дупка, която да дава редки, но изключително ярки сигнали. Вероятността за събитие от такъв мащаб в близост до нас се оценява на около 8% веднъж на 14 години.

Ако хипотезата е вярна, това би означавало две открития наведнъж: съществуването на първични черни дупки като компонент на тъмната материя и първото наблюдателно доказателство за лъчението на Хокинг. Потвърждението е възможно само с натрупването на повече събития при енергии от десетки и стотици петаелектронволта, което ще позволи да се събере статистика и да се изключи случайността.

Авторите подчертават, че именно при най-малките черни дупки има най-голям шанс някога да бъде регистрирано лъчение на Хокинг. За тази цел е необходимо да се продължи работата на неутрино обсерваториите и да се търсят повтарящи се изблици. Ако успеем да уловим още няколко такива сигнала, ще можем да говорим за пряко потвърждение на едно от фундаменталните предсказания на физиката на черните дупки.