Физики объяснили, почему в Землю ударила частица с аномальной энергией
В 2023 году детектор KM3NeT зафиксировал попадание в Землю нейтрино с аномально высокой энергией. Она в сто тысяч раз превышала максимальные показатели частиц, которые когда-либо разгоняли на Большом адронном коллайдере. В известной нам Вселенной нет источников, способных выработать такую энергию. Физики из Университета Массачусетса в Амхерсте предположили, что частица возникла при взрыве квазиэкстремальной первичной черной дыры. Команда опубликовала результаты исследования в журнале Physical Review Letters. Ученые объяснили появление нейтрино и показали, как эта частица раскрывает природу Вселенной.
Астрономы хорошо изучили жизненный цикл обычных черных дыр. Когда крупная старая звезда вырабатывает топливо, она сжимается и вспыхивает как сверхновая. После взрыва остается область пространства-времени с гравитацией такой силы, что даже свет не может ее покинуть. Стивен Хокинг в 1970 году описал другой тип черных дыр — первичные. Такие объекты возникают не из коллапсирующих звезд, а из плотной материи ранней Вселенной сразу после Большого взрыва. Пока они существуют только в теории. Первичные дыры обладают колоссальной плотностью, но весят меньше обычных. Хокинг показал, что при достаточном нагреве они медленно испускают частицы. Этот процесс назвали излучением Хокинга.
Черные дыры в 2025 году: восемь главных открытий ученых
Соавтор исследования Андреа Тамм объясняет зависимость: чем легче черная дыра, тем она горячее и тем больше частиц излучает. По мере испарения объект теряет массу и нагревается еще сильнее. Процесс ускоряется по нарастающей и заканчивается взрывом. Именно это излучение способны засечь телескопы. Вспышка дала бы ученым полный каталог субатомных частиц. Туда вошли бы уже известные электроны, кварки и бозоны Хиггса, а также гипотетические частицы темной материи и элементы, о которых наука еще не знает. Ранее команда выяснила, что подобные взрывы случаются примерно раз в десятилетие, и современные приборы могут их регистрировать.
Эксперимент KM3NeT поймал именно такое нейтрино, которое предсказывала теория. Однако возникло противоречие с данными другого детектора — IceCube. Эта установка тоже ищет космические нейтрино высоких энергий, но она пропустила событие 2023 года. Более того, IceCube ни разу не фиксировал ничего подобного даже с сотой долей такой мощности. Если первичных дыр много и они часто взрываются, Земля должна постоянно попадать под потоки высокоэнергетических нейтрино.
Постдокторант Жоаким Игуас Хуан считает недостающим звеном черные дыры с темным зарядом. Физики назвали их квазиэкстремальными. Темный заряд копирует привычную электрическую силу, но включает гипотетический тяжелый темный электрон. Такая модель сложнее простых теорий, но она точнее описывает реальность и объясняет, почему одно устройство видит частицу, а другое молчит. Объект с темным зарядом ведет себя иначе и обладает особыми свойствами. Это снимает противоречия в экспериментальных данных.
Авторы работы уверены, что их модель решает и загадку темной материи. Наблюдения за галактиками и реликтовым излучением указывают на существование скрытой массы. Если гипотеза о темном заряде верна, во Вселенной находится значительная популяция первичных черных дыр. Это совпадает с астрофизическими наблюдениями. Соавтор статьи Майкл Бейкер полагает, что физика стоит на пороге экспериментального подтверждения излучения Хокинга и обнаружения частиц за пределами Стандартной модели.
Ранее астрономы выяснили, что черные дыры могут блуждать по Вселенной.
Источник иллюстрации: University of Massachusetts Amherst
Самое популярное
