Экзотическое нейтрино из Средиземного моря объяснили взрывом квазиэкстремальной черной дыры

Испарение первичной черной дыры с последующим взрывом могло быть источником нейтрино ультравысоких энергий, полагают авторы новой работы в Physical Review Letters (текст статьи). Несмотря на внешнюю стройность их идей, само существование черных дыр таких параметров остается весьма спорным.

Обычные черные дыры (пока не происходит их слияние) не выпускают наружу ничего. Очень небольшой объем так называемого излучения Хокинга они (а точнее, их горизонт событий) испускать могут, но это заметно только у чрезвычайно маломассивных черных дыр. Чем ниже масса ЧД, тем сильнее у нее излучение Хокинга, тем быстрее она теряет массу. В конце своей эволюции она может даже взорваться.

Ранее группа американских физиков предположила, что такие черные дыры, образовавшиеся в момент сразу после Большого взрыва, взрывались так часто, что сейчас астрономы могли бы регистрировать частицы от них примерно раз в десять лет. И в 2023 году произошло событие, которое некоторые посчитали как раз такой регистрацией: Научная коллаборация KM3NeT с помощью множества детекторов в Средиземном море зарегистрировала нейтрино с энергией в районе 100 квадриллионов (миллионов миллиардов) электронвольт.

Авторы новой работы обратились к этому событию и отметили, что другая коллаборация, IceCube, регистрирующая нейтрино, но ищущая их в антарктических льдах, не зарегистрировала сходных событий с энергией существенно больше квадриллиона электронвольт. Это выглядит странно и заставляет подозревать, что регистрация в Средиземном море — техническая ошибка.

Общая схема (с упрощениями) реализации нейтринного детектора KM3NeT из множества погружных шаров / © KM3NeT

Но, возражают исследователи, это совсем не обязательно ошибка, если допустить существование так называемых квазиэкстремальных первичных черных дыр. Они обозначили так объекты с «темным зарядом» — аналогом электрического заряда, за который отвечают очень тяжелые «темные» электроны. Расчетами они показали, что при наличии такого темного заряда первичные черные дыры почти не смогут излучать частиц с энергиями в один квадриллион электронвольт, зато будут регулярно испускать частицы с энергией в сотню раз выше.

Хотя это объяснение действительно снимает противоречие между данными нейтринных детекторов из Средиземного моря и Антарктиды, остается очень серьезная физическая проблема. Черные дыры такого диапазона масс, что позволял бы им взрываться с испусканием подобных частиц, не могут образоваться в современной Вселенной. При гравиколлапсе звезды масса получающейся ЧД слишком велика, и такая ЧД не сможет испариться.

Предположение о том, что очень маломассивные ЧД образовались сразу после Большого взрыва, требует серьезных допущений по так называемой инфляции. Однако на сегодня никаких доказательств реальности инфляции в древней Вселенной нет. Эта гипотеза остается недоказанной, и многие физики критикуют ее по целому ряду причин.

Дополнительная проблема: часть первичных черных дыр должна бы дожить до нашего времени, и чтобы этого не случилось, параметры гипотетической древней Вселенной надо подбирать уж слишком вручную (так называемая тонкая настройка). Но астрономы не наблюдают никаких надежных признаков первичных черных дыр или их близких взрывов в нашу эпоху. Это дополнительно снижает ожидания по возможности их существования.