На днях в журнале Physical Review Letters вышла статья, в которой регистрация рекордного по энергии нейтрино 13 февраля 2023 года объясняет ключевые тайны современной физики: сути тёмной материи, существования первичных чёрных дыр и процесса их испарения. Физики доказывают, что событие KM3-230213A с энергией нейтрино 220 ПэВ (петаэлектронвольт) стало первой в истории регистрацией взрыва гипотетической первичной чёрной дыры.
Источник изображения: Toby Gleason-Kaiser
Самое забавное, что за несколько дней до этой публикации вышла другая статья, в которой обосновывалась 90-процентная вероятность открытия первичной чёрной дыры в течение следующих десяти лет. Одни учёные предвосхитили открытие других. Первичные чёрные дыры, как предполагает гипотеза, возникли в первую секунду после Большого взрыва. Также, согласно теории, они не могли существовать достаточно долго — в частности, чтобы дожить до наших времён. Предложенное Стивеном Хокингом испарение чёрных дыр должно было привести к их исчезновению из Вселенной — тем быстрее, чем меньше масса таких объектов.
Ещё одна гипотеза предполагает, что значительная часть (если не вся) тёмной материи представлена первичными чёрными дырами. В новой работе учёные показали, что если хотя бы часть тёмной материи — это первичные чёрные дыры, то они могли дожить до нашего времени. Последний вскрик первичной чёрной дыры перед гибелью — её взрыв и финальное испускание излучения Хокинга — это очень энергичное событие, которое способно породить поток нейтрино с очень высокими энергиями. В частности, с такой, которая была зафиксирована европейской подводной нейтринной обсерваторией KM3NeT в Средиземном море 13 февраля 2023 года (событие KM3-230213A). Его энергия на несколько порядков превзошла всё зарегистрированное ранее, и это бросило вызов науке.
Физики Александра Клипфель (Alexandra Klipfel) и Дэвид Кайзер (David Kaiser) из Массачусетского технологического института (MIT) показали, что нейтрино с подобной энергией мог возникнуть в результате взрыва первичной чёрной дыры размерами с астероид на расстоянии 2000 астрономических единиц от нас. Иными словами, это произошло в облаке Оорта — условно в пределах Солнечной системы, на удалении примерно 3 % от одного светового года от Солнца. Учёные обосновали свой вывод и оценили вероятность подобного события на уровне 8 % — достаточно, чтобы присмотреться к другим таким же сигналам для новой оценки существования первичных чёрных дыр, излучения Хокинга и свойств тёмной материи.
«Оказывается, существует сценарий, в котором всё складывается как нельзя лучше, и мы можем не только показать, что большая часть тёмной материи [в этом сценарии] состоит из первичных чёрных дыр, но и получить эти высокоэнергетические нейтрино в результате случайного взрыва первичной чёрной дыры поблизости, — говорит Клипфель. — Теперь мы можем попытаться найти и подтвердить это с помощью различных экспериментов».
