Нейтрино з рекордною енергією, зафіксоване у 2023 році, могло походити від надзвичайно малої прадавньої чорної діри. Вчені запропонували модель, яка також пояснює, чому частинку не супроводжував спалах високоенергетичного світла.
Про це пише Qubit.hu.
Загадкова подія сталася 13 лютого 2023 року. Нейтринний телескоп KM3NeT, який будують на морському дні біля узбережжя Сицилії, зафіксував частинку з енергією близько 220 петаелектронвольт.
Це приблизно у 30 тисяч разів більше за енергію, яку здатний створювати Великий адронний колайдер ЦЕРН. Настільки енергетичного нейтрино до цього ще не реєстрували.
Нейтрино майже не взаємодіють із речовиною та не мають електричного заряду, через що їх часто називають «примарними частинками». Водночас їхня енергія може дати підказку щодо надзвичайно потужних процесів, які відбувалися в далекому космосі.
Походження частинки 2023 року досі залишається невідомим. Однією з головних загадок стало те, що одночасно з нею не зафіксували потужного світлового випромінювання, яке можна було б очікувати від багатьох високоенергетичних астрофізичних подій.
Ще одну складність створюють дані обсерваторії IceCube на Південному полюсі. Вона працює значно довше за KM3NeT, але не реєструвала аналогічних подій, що ускладнює пояснення нейтрино звичайним точковим астрономічним джерелом.
Одним із найбільш незвичних варіантів стали примордіальні, або прадавні, чорні діри. Це поки що гіпотетичні об’єкти, які могли виникнути не після загибелі зірок, а в перші миті існування Всесвіту через надзвичайно щільні згустки речовини.
Деякі такі чорні діри теоретично можуть бути навіть меншими за атом. Безпосередньо побачити примордіальну чорну діру вченим досі не вдалося, тому саме їхнє існування поки не підтверджене.
За теорією Стівена Гокінга, чорні діри здатні поступово втрачати енергію через випромінювання і зрештою випаровуватися. Чим менша чорна діра, тим швидше відбувається цей процес.
На фінальному етапі існування такий об’єкт теоретично може викинути частинки з надзвичайно високою енергією. Саме це могло б пояснити появу нейтрино, зафіксованого KM3NeT.
Міжнародна група дослідників Луїс Анчордокі з Міського університету Нью-Йорка,
Алек Бедроя з Принстонського університету та Дітер Люст із Фізичного інституту імені Макса Планка запропонували ще складнішу модель. Вона спирається на гіпотезу так званого темного виміру.
За цією ідеєю, що походить зі струнної теорії, Всесвіт може мати п’ятий вимір розміром приблизно один мікрометр. Передбачається, що взаємодіяти з ним може гравітація, тоді як звичайне світло залишається поза ним.
Автори припускають, що певні механізми раннього Всесвіту могли породити п’ятивимірні примордіальні чорні діри. Частина об’єктів, утворених із космічних струн, теоретично могла існувати протягом часу, порівнянного з віком Всесвіту.
У такому разі окремі чорні діри можуть завершувати випаровування саме зараз і викидати високоенергетичні нейтрино. Модель також пропонує пояснення відсутності світлового сигналу: якщо джерело розташоване в темному вимірі, назовні нібито можуть виходити нейтрино, але не світло.
До гіпотези вчені ставляться обережно, оскільки вона одночасно спирається на кілька непідтверджених припущень — існування темного виміру, космічних струн і примордіальних чорних дір. Фізик Массачусетського технологічного інституту Девід Кайзер назвав модель дуже послідовною, однак наголосив, що це саме по собі не означає її правильності.
