Експлозия на черна дупка? Физиците смятат, че да - и това би могло да обясни (почти) всичко

Това би трябвало да е невъзможно, но през 2023 г. субатомна частица, наречена неутрино, се сблъсква със Земята с толкова голямо количество енергия, че няма известни източници никъде във Вселената, способни да произвеждат такава енергия – 100 000 пъти повече от частицата с най-висока енергия, произвеждана някога от Големия адронен колайдер, най-мощният ускорител на частици в света.

Екип физици от Университета на Масачузетс Амхърст обаче наскоро предполагат, че нещо подобно може да се случи, когато експлодира специален вид черна дупка, наречена "квазиекстремална първична черна дупка".

В ново изследване, публикувано в Physical Review Letters, екипът не само обяснява иначе невъзможното неутрино, но и показва, че елементарната частица може да разкрие фундаменталната природа на Вселената.

От звезден колапс до ранна Вселена

Черните дупки съществуват и учените познават добре жизненият им цикъл: стара, голяма звезда изчерпва горивото си, имплодира в изключително мощна свръхнова и оставя след себе си област от пространство-времето с толкова интензивна гравитация, че нищо, дори светлината, не може да избяга. Тези черни дупки са изключително масивни и по същество са стабилни.

Но, както посочва физикът Стивън Хокинг през 1970 г., друг вид черни дупки – първичните черни дупки, може да бъдат създадени не от колапса на звезда, а от първичните условия на Вселената малко след Големия взрив. Първичните черни дупки съществуват само на теория досега и, подобно на стандартните черни дупки, са с толкова плътна маса, че почти нищо не може да им избяга – което ги прави "черни". Въпреки плътността си обаче, първичните черни дупки биха могли да бъдат много по-леки от черните дупки, които са наблюдавали досега. Освен това Хокинг показва, че първичните черни дупки могат бавно да излъчват частици чрез това, което сега се нарича "лъчение на Хокинг", ако се нагреят достатъчно.

Как изпаряващите се черни дупки могат да експлодират

"Колкото по-лека е една черна дупка, толкова по-гореща трябва да бъде и толкова повече частици ще излъчва", обяснява Андреа Там (Andrea Thamm), съавтор на новото изследване и доцент по физика в Университета на Масачузетс Амхърст. "С изпаряването на първичните черни дупки, те стават все по-леки и по-горещи, излъчвайки още повече радиация в неконтролируем процес до експлозия. Именно тази радиация на Хокинг е това, което нашите телескопи могат да засекат."

Ако такава експлозия бъде наблюдавана, това би ни дало окончателен каталог на всички съществуващи субатомни частици, включително тези, които са наблюдавани, като електрони, кварки и Хигс бозони, както и такива, за които само се е предполагало, като частиците на тъмната материя, както и всичко останало, което досега е напълно непознато на науката. Екипът на Университета на Масачузетс Амхърст вече е показал, че подобни експлозии могат да се случват с изненадваща честота - на около десетилетие - и ако се обърне внимание, настоящите инструменти, с които разполагат астрофизиците, за наблюдение на космоса биха могли да регистрират тези експлозии.

Дотук всичко е теоретично.

Появява се "невъзможно" неутрино

След това, през 2023 г., експеримент, наречен KM3NeT Collaboration, засича това невъзможно неутрино - точно видът доказателства, за които екипът на Университета на Масачузетс Амхърст предполага, че скоро може да се случи.

Но имаше една спънка: подобен експеримент, наречен IceCube, също създаден за улавяне на високоенергийни космически неутрино, не само не регистрира събитието, но и никога не е регистрирал нищо дори с една стотна от мощността му. Ако Вселената е сравнително гъста с първични черни дупки и те експлодират често, не би ли трябвало да бъдем обсипвани с високоенергийни неутрино? Какво може да обясни несъответствието?

Обяснението на тъмния заряд

"Смятаме, че първичните черни дупки с "тъмен заряд" – това, което наричаме квазиекстремални първични черни дупки – са липсващото звено", посочва Хоаким Игуас Хуан (Joaquim Iguaz Juan), постдокторант по физика в Университета на Масачузетс Амхърст и един от съавторите на статията. Тъмният заряд е по същество копие на обичайната електрическа сила, каквато я познаваме, но която включва много тежка, хипотетична версия на електрона, която екипът нарича "тъмен електрон".

"Съществуват и други, по-прости модели на първични черни дупки", казва Майкъл Бейкър (Michael Baker), съавтор и доцент по физика в Университета на Масачузетс Амхърст, "нашият модел на тъмен заряд е по-сложен, което означава, че може да осигури по-точен модел на реалността."

"Ппървичните черни дупки с тъмен заряд", добавя Там, "има уникални свойства и се държи по начини, различни от други, по-прости модели на първични черни дупки. Показахме, че това може да даде обяснение на всички привидно противоречиви експериментални данни."

Свързване на неутриното с тъмната материя

Екипът е уверен, че техният модел на първични черни дупки с тъмни заряди  не само може да обясни неутриното, но и да отговори на мистерията на тъмната материя.

"Наблюденията на галактики и космическия микровълнов фон предполагат, че съществува някакъв вид тъмна материя", коментира Бейкър.

"Ако нашата хипотеза за тъмен заряд е вярна", добавя Игуас Хуан, "тогава смятаме, че може да има значителна популация от първични черни дупки, което би било в съответствие с други астрофизични наблюдения и би обяснило цялата липсваща тъмна материя във Вселената."

"Наблюдението на високоенергийното неутрино бе невероятно събитие", заключава Бейкър. "То ни даде нов прозорец към Вселената. Но сега можехме да бъдем на прага на експерименталното потвърждаване на лъчението на Хокинг, получаване на доказателства както за първични черни дупки, така и за нови частици отвъд Стандартния модел и обяснение на мистерията на тъмната материя."

Справка: Explaining the PeV neutrino fluxes at KM3NeT and IceCube with quasi-extremal primordial black holes, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/r793-p7ct. On arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2505.22722

Източник: Did we just see a black hole explode? Physicists think so—and it could explain (almost) everything, University of Massachusetts Amherst

Още по темата

12/11/2025

Космос

Секунда след Големия взрив са създадени черни дупки, бозонни звезди и звезди-канибали

15/01/2025

Космос

Не са намерени достатъчно микролещи на черни дупки, за да обясняват тъмната материя

08/10/2024

Космос

Първичните черни дупки може да се крият в планети, астероиди и тук на Земята

15/08/2024

Космос

Първичните черни дупки могат да изхвърлят звезди и да ги заменят като космически хулигани