Физики из Массачусетского университета в Амхерсте выдвинули гипотезу, способную объяснить целый ряд фундаментальных загадок Вселенной, от природы темной материи до происхождения загадочных высокоэнергетических частиц. Ключом к этому может стать наблюдение за взрывами особого типа черных дыр, существующих лишь в теории.
В 2023 году эксперимент KM3NeT зафиксировал нейтрино с невероятно высокой энергией, в 100 000 раз превышающей энергию частиц, создаваемых в Большом адронном коллайдере. Во Вселенной не известно источников, способных порождать частицы с такой энергией. Однако, согласно новому исследованию, опубликованному в Physical Review Letters, именно такое событие могло произойти в результате взрыва так называемой квази-экстремальной первичной черной дыры.
Первичные черные дыры (ПЧД), в отличие от звездных, образующихся из коллапсирующих звезд, являются гипотетическими объектами, которые могли сформироваться в экстремальных условиях самой ранней Вселенной вскоре после Большого взрыва. Согласно теории Стивена Хокинга, такие черные дыры могут испаряться, излучая частицы (излучение Хокинга). Чем легче черная дыра, тем она горячее и тем интенсивнее идет этот процесс, который в конце концов может завершиться взрывом.
Команда из UMass Amherst предположила, что для объяснения уникального нейтрино и кажущихся противоречий в данных других детекторов, таких как IceCube, требуется более сложная модель. Ученые ввели понятие «темного заряда». Их модель предполагает существование ПЧД, обладающих этим зарядом, который является аналогом обычного электрического, но связан с гипотетическими тяжелыми частицами, например, «темным электроном». Такие квази-экстремальные ПЧД ведут себя иначе и испаряются особым образом, что может согласовать данные разных экспериментов.
Более того, эта модель предлагает решение и других масштабных проблем. Если популяция таких первичных черных дыр с темным зарядом действительно существует, она может составлять всю или значительную часть темной материи, природа которой остается неизвестной, несмотря на множество астрофизических свидетельств ее существования. Наблюдение взрыва подобного объекта стало бы беспрецедентным событием, позволившим бы не только экспериментально подтвердить излучение Хокинга, но и получить каталог всех субатомных частиц, включая еще не открытые, и пролить свет на фундаментальное устройство Вселенной.