Команда физиков из Массачусетского университета в Амхерсте (UMass Amherst) предложила объяснение одного из самых странных сигналов в нейтринной астрономии: нейтрино с настолько высокой энергией, что его не удается связать с «классическими» астрофизическими источниками.
Речь о событии KM3-230213A: 13 февраля 2023 года подводный нейтринный телескоп KM3NeT/ARCA, расположенный на дне Средиземного моря, зарегистрировал его с оценочной энергией около 220 пета-электронвольт — по оценке UMass, примерно в 100 000 раз больше, чем у любой частицы, когда-либо полученной на Большом адронном коллайдере.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, связывают эту призрачную частицу с чрезвычайно редким, но физически возможным сценарием: взрывом первичной черной дыры.
Объяснение через «темный заряд»
В отличие от обычных черных дыр, которые рождаются при коллапсе звезд, первичные черные дыры (ПЧД) могли возникнуть вскоре после Большого взрыва, как продукт экстремальных флуктуаций плотности в ранней Вселенной. Важная особенность в том, что маломассивные ПЧД должны быстро «нагреваться» по мере испарения через излучение Хокинга: чем меньше масса, тем выше температура и тем интенсивнее выброс частиц. Финал такого испарения может выглядеть как короткая вспышка — и именно ее авторы рассматривают как источник нейтрино экстремальной энергии.
Чтобы объяснить конкретно KM3-230213A, команда вводит «темный заряд» — аналог обычного заряда, но в скрытом секторе* — и гипотетическую тяжелую частицу, «темный электрон». По их версии, «темный заряд» меняет финальную стадию испарения ПЧД так, что вспышка может быть редкой, но экстремально энергичной.
*Скрытый (темный) сектор — гипотетический набор частиц и взаимодействий, которые почти не связаны с обычной материей. Поэтому напрямую мы их не наблюдаем, но они могут проявляться через гравитацию или редкие эффекты.
Зачем вообще понадобилась «экзотика»?
Тут начинается самое интересное: если бы Вселенная была «плотно заполнена» взрывающимися ПЧД, мощные события должны были бы регулярно фиксироваться и с помощью IceCube — крупнейшей нейтринной обсерватории на Южном полюсе.
Но, как отмечают в UMass, обсерватория IceCube не наблюдала ничего даже близко подобного — даже одной сотой от энергии KM3-230213A. Именно это расхождение и стало аргументом в пользу модели с «темным зарядом»: она предполагает редкий режим, который может дать одиночный экстремальный сигнал без потока аналогичных нейтринных событий в других детекторах.
Авторы исследования идут дальше: если «темный заряд» действительно существует, то должна существовать и заметная популяция первичных черных дыр, и она потенциально способна закрыть вопрос темной материи. Параллельно это дает шанс приблизиться к экспериментальному подтверждению излучения Хокинга.
Читайте также: Исследование: мы можем увидеть взрыв черной дыры в течение 10 лет.
