В 2023 году детектор KM3NeT, расположенный на дне Средиземного моря, зафиксировал нейтрино с энергией 220 PeV, ставшее одной из самых энергетически мощных частиц, когда-либо зарегистрированных. Для сравнения, энергия этой частицы в миллиард раз превышает энергию обычного солнечного нейтрино и значительно выше того, что способен создать Большой адронный коллайдер.

Событие получило название KM3-230213A и стало неожиданностью для учёных: известные астрофизические источники, такие как сверхновые, гамма-всплески или активные ядра галактик, не способны объяснить появление нейтрино такой энергии.

Недавняя работа в Physical Review Letters предлагает необычное объяснение: источником нейтрино могут быть первичные чёрные дыры (PBH) — гипотетические объекты, сформировавшиеся сразу после Большого взрыва из плотных скоплений элементарного вещества. В отличие от обычных чёрных дыр, PBH могут испаряться с помощью излучения Хокинга, постепенно теряя массу и становясь всё горячее, пока не взорвутся в финальной фазе.

Нейтринная обсерватория IceCube. Фото: Christopher Michel

Учёные предполагают, что во время этой последней вспышки PBH выбрасывают нейтрино и другие субатомные частицы с экстремальной энергией. Модель учитывает особый тип PBH с «тёмным зарядом» — частицей, аналогичной электрону, но с высокой массой, которая позволяет объяснить, почему IceCube не фиксировал аналогичных нейтрино: его чувствительность ограничена 10 PeV.

Согласно модели, такие взрывы могут происходить примерно раз в десятилетие. В момент финального распада PBH высвобождаются частицы, как известные (электроны, кварки), так и гипотетические или ещё не открытые, создавая уникальный спектр космического излучения.

Для исследователей KM3-230213A может стать косвенным свидетельством существования PBH и их взаимодействия с тёмной материей. Модель с «тёмным зарядом» делает предсказания более точными, поскольку учитывает особенности поведения PBH в экстремальном состоянии, почти достигших максимального отношения заряда к массе.

Авторы подчёркивают, что открытие не только решает загадку сверхэнергетического нейтрино, но и открывает новые возможности для изучения редких космических процессов, которые невозможно воссоздать на Земле.

«Наша модель сложнее, чем другие, но именно это позволяет объяснить явление, которое иначе остаётся необъяснимым», — отмечает Майкл Бейкер, ведущий автор исследования.

Событие KM3-230213A и его интерпретация могут стать важным шагом в понимании природы первичных чёрных дыр, механизмов испарения и происхождения высокоэнергетических космических частиц, связывая фундаментальную физику с наблюдательной астрофизикой.

Подробнее на iXBT