Физики из США предположили, что зарегистрированное детектором KM3NeT нейтрино с энергией 220 петаэлектронвольт может быть следствием взрыва первичной черной дыры в конце жизненного цикла. Модель показывает, что небольшая доля таких объектов могла бы объяснить как редкий всплеск, так и высокоэнергетические события, также наблюдавшиеся ранее обсерваторией IceCube. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Первые идеи о первичных черных дырах появились еще полвека назад. Стивен Хокинг предположил их существование в качестве кандидатов на роль темной материи. Согласно современным расчетам, если они образовались в ранней Вселенной из плотностных флуктуаций, то сегодня часть из них должна доживать последние мгновения, испаряясь через эффект Хокинга. При этом температура дыры растет обратно пропорционально массе, и последние миллисекунды жизни сопровождаются выбросом частиц с энергией, сопоставимой с планковской.
Александра Клипфел (Alexandra Klipfel) и Дэвид Кайзер (David Kaiser) из Массачусетского технологического института рассчитали, сколько нейтрино с энергией выше петаэлектронвольта может возникнуть при взрыве таких объектов. Они показали, что для массы порядка 5 × 1014грамм — соответствующей жизни, равной возрасту Вселенной, — итоговое испарение сопровождается выбросом около 1024нейтрино. Частота таких взрывов, выведенная из данных IceCube, составила 1,4 тысячи событий на кубический парсек в год, что согласуется с верхними пределами по гамма-лучевым наблюдениям.
При этих параметрах вероятность того, что хотя бы один подобный взрыв произошел на расстоянии менее двух тысяч астрономических единиц от Земли с момента запуска IceCube в 2011 году, оказалась около семи процентов — достаточно, чтобы объяснить редкое событие KM3-230213A. Согласно модели, обе серии наблюдений — IceCube и KM3NeT — могут происходить от одной и той же популяции первичных черных дыр с характерной массой около 1017грамм.
Авторы отмечают, что дальнейшие эксперименты с нейтринными детекторами и гамма-обсерваториями, включая LHAASO, смогут проверить эту гипотезу, ограничив количество локальных взрывов до сотен на кубический парсек в год. Если расчеты подтвердятся, редкие сверхэнергичные нейтрино могут оказаться прямыми свидетелями последних мгновений древнейших черных дыр.
Ученые продолжают находить новые применения гипотетическим первичным черным дырам. Например, ранее физики объяснили возникновение тяжелых элементов во Вселенной при помощи первичных черных дыр.