На краю Сонячної системи засікли ймовірний вибух первинної чорної діри - це наблизить вчених до розуміння темної матерії

Днями в журналі Physical Review Letters вийшла стаття, в якій реєстрація рекордного по енергії нейтрино 13 лютого 2023 пояснює ключові таємниці сучасної фізики: суті темної матерії, існування первинних чорних дірок і процесу їх випаровування. Фізики доводять, що подія KM3-230213A з енергією нейтрино 220 ПеВ (петаелектронвольт) стала першою в історії реєстрацією вибуху первинної гіпотетичної чорної діри.

Найцікавіше, що за кілька днів до цієї публікації вийшла інша стаття, в якій обґрунтовувалася 90-відсоткова ймовірність відкриття первинної чорної діри протягом наступних десяти років. Одні вчені передбачили відкриття інших. Первинні чорні дірки, як передбачає гіпотеза, виникли першу секунду після Великого вибуху. Також, за теорією, вони не могли існувати досить довго — зокрема, щоб дожити до наших часів. Запропоноване Стівеном Хокінгом випаровування чорних дірок мало призвести до їхнього зникнення з Всесвіту — тим швидше, чим менша маса таких об'єктів.

Ще одна гіпотеза припускає, що значна частина (якщо не вся) темної матерії представлена ​​первинними чорними дірками. У новій роботі вчені показали, що хоч частина темної матерії — це первинні чорні діри, всі вони могли дожити до нашого часу. Останній зойк первинної чорної діри перед загибеллю — її вибух і фінальне випромінювання випромінювання Хокінга — це дуже енергійна подія, яка здатна породити потік нейтрино з дуже високими енергіями. Зокрема, з такою, яку було зафіксовано європейською підводною нейтринною обсерваторією KM3NeT у Середземному морі 13 лютого 2023 року (подія KM3-230213A). Його енергія на кілька порядків перевершила все зареєстроване раніше, і це викликало науку.

Фізики Олександра Кліпфель (Alexandra Klipfel) і Девід Кайзер (David Kaiser) з Массачусетського технологічного інституту (MIT) показали, що нейтрино з подібною енергією міг виникнути в результаті вибуху первинної чорної діри розмірами з астероїд на відстані 2000 астрономічних. Іншими словами, це сталося в хмарі Оорта - умовно в межах Сонячної системи, на відстані приблизно 3% від одного світлового року від Сонця. Вчені обґрунтували свій висновок і оцінили ймовірність подібної події на рівні 8% — достатньо, щоб придивитися до інших сигналів для нової оцінки існування первинних чорних дірок, випромінювання Хокінга і властивостей темної матерії.

«Виявляється, існує сценарій, у якому все складається якнайкраще, і ми можемо не тільки показати, що більша частина темної матерії [в цьому сценарії] складається з первинних чорних дірок, а й отримати ці високоенергетичні нейтрино внаслідок випадкового вибуху первинної чорної діри поблизу, — каже Кліпфель. — Тепер ми можемо спробувати знайти та підтвердити це за допомогою різних експериментів».