Недавно принятый крайне высокоэнергетический нейтринный сигнал с энергией около 220 ПэВ (2,2*1017 эВ) вызвал волну обсуждений среди астрофизиков — такие частицы крайне редко фиксируются и могут нести информацию о самых катастрофических явлениях во Вселенной.
Команда проекта KM3NeT (Mediterranean Cubic Kilometre Neutrino Telescope) зарегистрировало этот необычный нейтринный всплеск с помощью сети глубоководных датчиков в Средиземном море. Это один из самых мощных нейтринных сигналов, когда-либо зарегистрированных, и его происхождение остается неясным.
Группа теоретиков из Университета Сан-Пауло в Бразилии и Независимого университета Мадрида выступила с критической рецензией на публикацию в журнале Physical Review Letters, в котором проверила одну из самых экзотических гипотез: не мог ли этот «пета-нейтрино» возникнуть при окончательном «испарении» первичной черной дыры (primordial black hole), сформированной вскоре после Большого взрыва.
Почему гипотеза о первичной черной дыре выглядит маловероятной
Авторы исследования учли, как нейтринные и гамма-телескопы реагируют на кратковременные космические вспышки (продолжительностью менее часа) и рассчитали, насколько близко к Земле должна была взорваться «изначальная» черная дыра для возникновения наблюдаемого события. Они отметили, что в случае испарения дыры помимо нейтрино должны были бы обязательно наблюдаться интенсивные потоки гамма-лучей и космических лучей (высокоэнергетических протонов) в других обсерваториях, например, в LHAASO в Тибете.
Однако подобные сигналы не были зарегистрированы «от слова совсем», что серьезно снижает вероятность того, что событие было вызвано взрывом первичной черной дыры в окрестностях не то что Солнечной системы, но и нашей галактики.
Энергия отдельных нейтрино практически не зависит от пройденного расстояния, так как они почти не взаимодействуют с веществом. Однако поток (количество частиц) уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника, а высокие энергии нейтрино могут приводить к их поглощению веществом на больших дистанциях. Иными словами, вероятность прилететь к Земле из очень дальнего космоса у нейтрино с петаэлектронвольтовой энергией ничтожно мала.
Как отметил соавтор исследования Юбер Перес-Гонсалес, анализ должен учитывать не только чувствительность приборов, но и временное и пространственное распределение их обзора неба, особенно для кратковременных высокоэнергетических событий. Он подчеркнул важность мультимодального подхода, когда нейтринные события сопоставляются с данными гамма-излучения и космических лучей, чтобы исключить ложные трактовки.
Значение для астрофизики
Выводы команды означают, что нейтринное событие KM3NeT вряд ли произошло из-за испарения первичной черной дыры. Это ставит под сомнение одну из наиболее интригующих гипотез о причинах подобных событий. Исследование подчеркивает необходимость поиска альтернативных астрофизических источников, возможно связанных с активными галактическими ядрами или другими катаклизмическими процессами во Вселенной.
Тщательное сопоставление данных от различных обсерваторий остается ключом к разгадке природы таких редких и мощных космических «призраков». Новые наблюдения с расширением сетей детекторов нейтрино и гамма-излучения позволят уточнить происхождение подобных феноменов в будущем.
Дополнительный контекст
Высокоэнергетические нейтрино, подобные зарегистрированному KM3NeT, необычайно редки и трудно поддаются объяснению традиционными источниками, такими как коллапс звезд или процессы в активных ядрах галактик.
Существуют другие теоретические модели, связывающие такие события с распадом сверхтяжелой темной материи, образованной из продуктов испарения первичных черных дыр, которые остаются совместимыми с некоторыми данными нейтринных обсерваторий.
Исследование показывает, что для кратковременных нейтринных событий необходимо учитывать временно-зависимые области обзора разных детекторов, поскольку использование усредненных чувствительностей может привести к ложным выводам,
О теории, связывающий «пета-нейтрино» с гипотетической первичной черной дырой, мы рассказали 5 февраля.
