Пять десятилетий назад знаменитый астрофизик Стивен Хокинг предположил, что Большой взрыв мог наводнить Вселенную крошечными черными дырами. Теперь исследователи считают, что, возможно, они видели, как одна из них взорвалась.
В феврале 2025 года европейская коллаборация KM3NeT, состоящая из подводных детекторов у берегов Франции, Италии и Греции, объявила об открытии ошеломляюще мощного нейтрино. Эта призрачная частица обладает энергией около 100 ПэВ - в 25 раз энергичнее, чем частицы, ускоряемые в Большом адронном коллайдере, самом мощном в мире устройстве для разрушения атомов.
Физики изо всех сил пытались найти объяснение столь энергичному нейтрино. Но теперь группа исследователей, не участвовавших в первоначальном обнаружении, предложила удивительную гипотезу: Нейтрино является признаком испаряющейся черной дыры. Команда описала свое предложение в статье, которая была загружена в базу данных arXiv и еще не прошла рецензирование.
В 1970-х годах Хокинг понял, что черные дыры не являются полностью черными. Вместо этого, благодаря сложному взаимодействию между горизонтом событий черной дыры и квантовыми полями пространства-времени, они могут испускать медленный, но стабильный поток излучения, который теперь известен как излучение Хокинга. Это означает, что черные дыры испаряются и в конце концов исчезают. На самом деле, когда черная дыра становится меньше, она испускает еще больше излучения, пока, по сути, не взорвется в огненной буре высокоэнергетических частиц и излучения — как нейтрино, замеченное коллаборацией KM3Net.
Но все известные черные дыры очень велики — по крайней мере в несколько раз больше массы Солнца, а зачастую и значительно больше. Даже самым маленьким из известных черных дыр потребуется более 10^100 лет, чтобы умереть. Если нейтрино KM3NeT вызвано взрывом черной дыры, оно должно быть гораздо меньше — где-то около 10 000 килограммов. Это примерно столько же, сколько весят два африканских слона в полный рост, сжатые в черную дыру размером меньше атома.
Единственный известный потенциальный способ образования таких крошечных черных дыр — это хаотические события раннего Большого взрыва, которые, возможно, наводнили космос «первобытными» черными дырами. Самые маленькие первозданные черные дыры, образовавшиеся в результате Большого взрыва, давно бы взорвались, в то время как более крупные могут сохраниться до наших дней.
К сожалению, черная дыра массой 10 000 килограммов не должна была бы сохраниться с момента Большого взрыва до наших дней. Однако авторы указали, что может существовать дополнительный квантовый механизм, известный как "груз памяти", который позволяет черным дырам сопротивляться распаду. Это позволило бы черной дыре массой 10 000 килограмм существовать миллиарды лет, прежде чем она наконец взорвется, отправив в процессе высокоэнергетический нейтрино в направлении Земли.
Первобытные черные дыры могли бы стать объяснением темной материи — невидимого вещества, составляющего большую часть материи во Вселенной, — но до сих пор их поиски были безуспешными. Новое открытие может дать интригующий ключ к разгадке. Исследователи обнаружили, что если первобытные черные дыры этого диапазона масс достаточно многочисленны, чтобы объяснить всю темную материю, то они должны взрываться достаточно регулярно. По их расчетам, если эта гипотеза верна, то в ближайшие несколько лет коллаборация KM3NeT должна увидеть еще одно потрясающее нейтрино.
Если это обнаружение произойдет, то нам, возможно, придется радикально пересмотреть свое отношение к темной материи, высокоэнергетическим нейтрино и даже к физике ранней Вселенной.