Физики нашли источник загадочных нейтрино с энергией в один петаватт — взрывы древних черных дыр

Космические загадки взрывов черных дыр

Физики из США представили теоретические доводы в пользу гипотезы, что уникальное космическое нейтрино, известное как "событие KM3−230213A", наряду с другими частицами чрезвычайно высокой энергии, могли возникнуть в результате взрывного испарения так называемых примордиальных черных дыр. Исследователи считают, что такое объяснение соответствует высокой частоте регистрации подобных частиц земными детекторами. Результаты этой работы опубликованы в научном издании Physical Review Letters.

Авторы исследования отмечают, что за последние пятнадцать лет обсерватория IceCube и другие похожие установки зафиксировали значительное, хотя и ограниченное, число нейтрино с энергией выше одного петаватта. Ни один из известных на данный момент астрофизических механизмов ускорения частиц не способен объяснить ни факт появления этих событий, ни их частую регистрацию.

"За последние 15 лет обсерватория IceCube и другие установки зафиксировали небольшое, но значимое число нейтрино, чьи энергии превышают один петаватт. Пока нам не известно ни одного астрофизического “ускорителя частиц”, который мог бы объяснить эти события и частоту их обнаружения. Мы показали, что свойства и число этих частиц можно объяснить тем, что они возникли при испарении примордиальных черных дыр на окраинах Млечного Пути", - пишут исследователи.

К такому выводу пришли профессор Массачусетского технологического института (США) Давид Кайзер и его коллеги. Их работа была сосредоточена на изучении процесса испарения примордиальных черных дыр. Космологи называют этим термином объекты, которые представляют собой миниатюрные аналоги сверхмассивных и "обычных" черных дыр звездной массы. Эти гипотетические объекты, возможно, скрыты в скоплениях темной материи, находящихся на периферии галактик.

Предполагается, что примордиальные черные дыры образовались в самые первые мгновения существования Вселенной. Их появление связывают с неравномерностями в распределении материи. Наиболее крупные из этих черных дыр, вероятно, сохранились до наших дней, постепенно уменьшаясь в размерах за счет "испарения" - процесса, который происходит благодаря образованию излучения Хокинга.

Физики описывают излучение Хокинга как непрерывный поток высокоэнергетических частиц, формирующихся у горизонта событий черных дыр. Этот процесс является результатом квантовых взаимодействий между компактными объектами и вакуумом.

Ученые обнаружили, что скорость генерации этого излучения резко возрастает в последние мгновения существования примордиальной черной дыры. Это приводит к мощному "взрыву", во время которого испускается пучок частиц с очень высокой энергией, близкой к максимально возможной по физическим законам.

Именно это наблюдение натолкнуло ученых на мысль, что "событие KM3−230213A" и другие высокоэнергетические нейтрино могли возникнуть таким образом. Опираясь на эту гипотезу, физики рассчитали, сколько подобных пучков нейтрино могли бы быть зарегистрированы земными детекторами при различных значениях массы, распределения и общего количества примордиальных черных дыр.

Расчеты показали, что примордиальные черные дыры, чья масса сравнима с массой астероида (примерно 100 миллиардов тонн), будут производить необходимое количество нейтрино, если они находятся на окраинах Млечного Пути. Таким образом, эти области космоса являются особенно перспективными для поиска других типов вспышек, возникающих при взрывах примордиальных черных дыр, делают вывод физики.

Космические нейтрино сверхвысоких энергий - это мельчайшие и наиболее легкие частицы материи, разогнанные почти до скорости света. На данный момент ученые не до конца понимают механизмы их возникновения. Некоторые астрономы предполагают, что эти частицы ускоряются в горячих остатках сверхновых звезд внутри нашей галактики Млечный Путь. Другие исследователи считают, что источниками их появления являются ядра галактик и газовые облака в далеких космических объектах. Для их обнаружения за последние двадцать лет в России и других странах мира было создано несколько обсерваторий, расположенных под водой и подо льдом.

Похожее событие произошло ранее, когда новые научные данные, опубликованные 12 сентября Астрономическим институтом Общества Макса Планка (MPIA) из Германии, предложили объяснение необычной природы древних галактик. Космический телескоп Джеймс Уэбб ранее обнаружил множество этих объектов, обладавших необъяснимо большой массой. Научный сотрудник MPIA Рафаэль Хвидинг и его коллеги, изучая объект UDS-154183, названный «Обрывом», выявили его уникальные свойства, не поддающиеся стандартным моделям. Исследователи предположили, что многие из этих аномально массивных галактик могут представлять собой так называемые черные звезды. Эти экзотические объекты описываются как сверхмассивные черные дыры, окруженные раскаленным газовым облаком, что потенциально объясняет аномально большую массу и необычайно высокую скорость роста черных дыр в ранней Вселенной.