Ученые вновь обратили внимание на первичные черные дыры (ПЧД), которые могли образоваться в первые мгновения после Большого взрыва. Эти компактные объекты, по мнению ученых, могут взрываться по всей Вселенной, и если удастся зафиксировать их такой момент, это может проложить путь к новой физике. Исследование, проведенное физиками из Португалии, ставит перед собой амбициозную задачу: выяснить, как именно эти черные дыры взаимодействуют с окружающим пространством и какие новые частицы могут быть обнаружены в результате их взрывов.
ПЧД, впервые предложенные Яковом Зельдовичем и Игорем Новиковым в 1967 году, представляют собой теоретические объекты, которые могут иметь массу всего в несколько раз больше массы Земли. В отличие от более массивных черных дыр, образующихся в результате коллапса звезд, ПЧД могли возникнуть из-за нестабильных областей в первичном «супе» частиц. Если такие объекты действительно существуют, они могут объяснить загадку темной материи, которая составляет около 85% всей материи во Вселенной.
Интересный аспект ПЧД заключается в их связи с излучением Хокинга. Стивен Хокинг впервые предложил, что черные дыры могут испускать излучение, теряя при этом массу. Этот процесс происходит благодаря квантовым эффектам, когда пары частиц появляются и исчезают вблизи горизонта событий черной дыры. Если одна частица попадает внутрь, другая может вырваться в пространство, создавая эффект излучения. Для черных дыр с большой массой это излучение почти невозможно обнаружить, но ПЧД, будучи легкими, могут быть гораздо горячее и производить заметное количество излучения.
Концептуальная иллюстрация излучения Хокинга, испускаемого черной дырой
Физик Марко Кальца из Университета Коимбры считает, что наблюдение за излучением Хокинга может стать ключом к пониманию процессов, происходящих с ПЧД. В процессе испарения такие черные дыры теряют массу, становятся горячими и в конечном итоге взрываются, выбрасывая мощные потоки излучения. Это явление, по мнению ученых, может быть зафиксировано с помощью современных телескопов. Недавние исследования Кальцы и его коллег показывают, как можно отслеживать массу и спин ПЧД в процессе их испарения. Анализируя свойства излучения, ученые надеются получить информацию о том, как и когда образовались эти черные дыры. Результаты их работы могут оказать значительное влияние на фундаментальную физику.
В рамках предыдущих исследований команда также рассматривала, как теория струн может повлиять на поведение ПЧД. Эта теория предсказывает существование аксионов — частиц с малой массой, которые могут взаимодействовать с черными дырами. Ученые предполагают, что испускание аксионов может изменить вращение ПЧД, что, в свою очередь, предоставит новые доказательства существования этих экзотических частиц.
Исследования показывают, что анализ последствий испарения ПЧД может открыть возможности для понимания новых частиц и взаимодействий. Ученые надеются, что нейтринные телескопы, такие как IceCube, смогут помочь в обнаружении этих частиц, когда ПЧД будут взрываться в космосе. Если исследователи смогут зафиксировать хотя бы один взрыв ПЧД и измерить его излучение, это может значительно расширить наши знания о природе элементарных частиц.
