Фізики виявили на дні моря доказ недоведеної теорії чорних дір Стівена Гокінга

Минулого місяця фізики за допомогою детектора KM3NeT, розташованого на дні Середземного моря, виявили частинку нейтрино з найвищою енергією серед відомих. Тепер учені вважають, що ці частинки можуть бути доказом недоведеної теорії чорних дір Стівена Гокінга. Дослідження опубліковано на сервері препринтів arXiv, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

50 років тому знаменитий фізик Стівен Гокінг припустив, що внаслідок Великого вибуху, який створив Всесвіт, космос наповнився крихітними первинними чорними дірами. Автори нового дослідження вважають, що вони виявили доказ вибуху однієї з таких чорних дір.

Нейтрино з найвищою енергією

Минулого місяця фізики за допомогою підводного нейтринного детектора KM3NeT виявили нейтрино з найвищою енергією серед раніше виявлених. Енергія цієї частинки становила приблизно 100 петаелетронвольт, що у 25 разів більше за енергію частинок, прискорених у Великому адронному колайдері. Нагадуємо, що нейтрино є фундаментальними, але майже невловимими частинками, які заповнюють увесь Всесвіт і проносяться без перешкод через майже всі об'єкти в космосі. Фізики намагалися знайти причину настільки високої енергії нейтрино і тепер у них з'явилася теорія, що це може бути слід випаровування чорної діри.

Теорія чорних дір Стівена Гокінга

Стівен Гокінг вважав, що чорні діри, незважаючи на те, що не випускають ніякого світла, все ж можуть випускати особливе випромінювання за особливих обставин. Гокінг з'ясував, що завдяки складним взаємодіям між горизонтом подій чорної діри, з-за меж якого ні світло, ні матерія не можуть залишити чорну діру, і квантовими полями простору-часу, чорні діри випускають постійне випромінювання. Воно тепер відоме, як випромінювання Гокінга. Завдяки цьому випромінюванню чорні діри з плином часу випаровуються і в кінцевому підсумку зникають.

Згідно з теорією Гокінга, у міру того, як чорна діра зменшується в розмірах, вона випускає ще більше випромінювання, поки не вибухає і викидає в космос потік високоенергетичних частинок, тобто нейтрино.

Але всі відомі чорні діри мають великий розмір і часто їхня маса в десятки, сотні, тисячі та навіть мільйони разів більша, ніж у Сонця. Для того, щоб навіть найменша з-поміж відомих чорних дір випарувалася і зникла, має минути приблизно 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 років, кажуть науковці.

Вибух первинної чорної діри

Тому фізики припустили, що якщо нейтрино з найвищою енергією виникло завдяки вибуху чорної діри, то вона повинна мати набагато меншу масу, ніж найменші відомі чорні діри. Розрахунки вчених показали, що така чорна діра повинна мати масу приблизно 10 тонн стиснуту в об'ємі одного атома. Для порівняння, це маса двох дорослих африканських слонів, а розмір атома становить приблизно 1/10 000 000 000 000 метра.

Єдиним відомим потенційним джерелом створення таких крихітних чорних дір є Великий вибух, який міг заповнити Всесвіт первинними чорними дірами. Вважається, що найменші з таких чорних дір же давно випарувалися і зникли, але більші все ще можуть існувати.

Відкриття, яке може змінити розуміння фізики раннього Всесвіту

Водночас фізики кажуть, що крихітна первинна чорна діра з масою 10 тонн і розміром з атом, не змогла б існувати впродовж більш ніж 13 млрд років з моменту Великого вибуху. Вона повинна була давно зникнути. Автори дослідження вважають, що може існувати додатковий квантовий механізм, який дозволяє первинним чорним дірам протистояти випаровуванню мільярди років. Таким чином крихітна чорна діра могла вибухнути відносно недавно за космічними мірками і відправити в бік Землі нейтрино з найвищою енергією.

Учені вважають, що первинні чорні діри можуть пояснити існування темної матерії, тобто невидимої матерії, що заповнює більшу частину Всесвіту. Фізики вважають, що якщо первинні чорні діри відносно невеликої маси заповнюють Всесвіт у великій кількості, то вони мають регулярно вибухати. Розрахунки показують, що найближчими роками нейтринний детектор KM3NeT має виявити щонайменше ще одну частинку нейтрино з надзвичайно високою енергією. Якщо це станеться, то фізикам, можливо, доведеться повністю переосмислити розуміння темної матерії, нейтрино і навіть фізики раннього Всесвіту.

Як уже писав Фокус, ученим вдалося зробити те, що здавалося неможливим: вони визначили розмір частинки нейтрино.

Також Фокус писав про те, що астрономи виявили чотири схожі на Землю планети біля найближчої зірки. Кам'янисті планети обертаються навколо одиночної зірки Барнарда.