Физики считают, что мы можем стать свидетелями взрыва одной из черных дыр

Физики из Массачусетского университета в Эмгерсте считают, что в ближайшие 10 лет мы можем увидеть взрыв одной из так называемых первичных черных дыр, и это «сделает революцию в физике и перепишет историю Вселенной».

Об этом рассказывают в Массачусетском университете в Эмгерсте, передают OstanniPodii.com.

Физики давно считают, что черные дыры взрываются в конце своего существования, а также, что такие взрывы происходят, как максимум, раз в 100 тысяч лет. Но новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters физиками из указанного вуза, показало, что вероятность того, что один из таких взрывов черной дыры может быть увиден в течение десятилетия, составляет более 90 %, и что, если мы будем готовы, наши нынешние космические и наземные телескопы смогут стать свидетелями этого события.

Такой взрыв был бы убедительным доказательством существования теоретически предполагаемого, но никогда не наблюдаемого типа черной дыры, которая называется «первичная черная дыра» и могла образоваться менее чем за секунду после Большого взрыва, произошедшего 13,8 миллиарда лет назад. Кроме того, взрыв черной дыры позволил бы нам создать окончательный каталог всех существующих субатомных частиц. В дополнение к тем, которые мы наблюдали — таким, как электроны, кварки, бозон Хиггса — мы могли бы зафиксировать частицы, о которых известно только гипотетически, в частности частицы темной материи, а также все остальное, что до сих пор является полностью неизвестным для науки. Этот каталог наконец дал бы ответ на один из древнейших вопросов человечества: откуда взялось все, что существует?

Мы знаем, что черные дыры существуют, и хорошо понимаем их жизненный цикл: достаточно массивная звезда исчерпывает свое топливо, взрывается в чрезвычайно мощной сверхновой и оставляет после себя область пространства-времени с настолько сильной гравитацией, что ничто, даже свет, не может из нее вырваться. Эти черные дыры невероятно тяжелые и, по сути, стабильные.

Но, как отметил физик Стивен Хокинг в 1970 году, другой вид черной дыры — первичная черная дыра (ПЧД) — могла быть создана не в результате коллапса звезды, а в первичных условиях Вселенной вскоре после Большого взрыва. ПЧД, как и обычные черные дыры, настолько плотные, что почти ничто не может вырваться из них — именно это делает их «черными». Однако, несмотря на свою плотность, ПЧД могут быть намного легче черных дыр, которые мы наблюдали до сих пор. Кроме того, Хокинг также показал, что черные дыры имеют температуру и, теоретически, могут медленно излучать частицы через то, что сейчас известно как «излучение Хокинга», если они нагреются достаточно.

«Чем легче черная дыра, тем горячее она должна быть и тем больше частиц она излучает. Когда ПЧД испаряются, они становятся все легче и горячее, испуская еще больше излучения в безудержном процессе вплоть до взрыва. Именно это излучение Хокинга могут обнаружить наши телескопы», — говорит доцент физики Андреа Тамм, соавтор работы.

Однако, хотя мы должны быть в состоянии это сделать, никто никогда напрямую не наблюдал ПЧД.

«Мы знаем, как наблюдать за этим излучением Хокинга», — говорит физик-постдокторант Жоаким Игуаз Хуан. «Мы можем видеть его с помощью наших современных телескопов, и поскольку единственными черными дырами, которые могут взорваться сегодня или в ближайшем будущем, являются эти ПЧД, мы знаем, что если мы видим излучение Хокинга, то видим взрывающийся ПЧД».

Хотя физики со времен Хокинга считали, что шансы увидеть взорвавшуюся ПЧД ничтожно малы, Игуаз Хуан отмечает, что «наша работа как физиков заключается в том, чтобы ставить под сомнение принятые предположения, задавать лучшие вопросы и выдвигать более точные гипотезы».

Новая гипотеза команды? Готовьтесь увидеть взрыв. «Мы считаем, что вероятность увидеть взорвавшуюся ПЧД в течение следующих 10 лет составляет до 90%», — говорит аспирант по физике Эйдан Саймонс, один из соавторов статьи.

В своей работе команда исследует «игрушечную модель темной квантовой электродинамики». По сути, это копия привычной нам электрической силы, но с добавлением очень тяжелой гипотетической версии электрона, которую команда называет «темным электроном».

Затем команда пересмотрела давние предположения об электрическом заряде черных дыр. Стандартные черные дыры не имеют заряда, и считалось, что ПЧД также являются электрически нейтральными.

«Мы выдвинули другое предположение», — говорит соавтор, доцент кафедры физики Майкл Бейкер. «Мы показываем, что если первичная черная дыра образуется с небольшим темным электрическим зарядом, то игрушечная модель предполагает, что она должна временно стабилизироваться, прежде чем окончательно взорваться».

Учитывая все известные экспериментальные данные, они пришли к выводу, что мы могли бы наблюдать взрыв ПЧД не раз в 100 000 лет, как считалось ранее, а раз в 10 лет.

«Мы не утверждаем, что это обязательно произойдет в этом десятилетии. Но вероятность этого составляет 90 %. Поскольку у нас уже есть технология для наблюдения за этими взрывами, мы должны быть готовы», — говорит Бейкер.

Игуаз Хуан добавил: «Это будет первое в истории непосредственное наблюдение как излучения Хокинга, так и ПЧД. Мы также получим окончательную запись о каждой частице, из которой состоит все во Вселенной. Это полностью революционизирует физику и поможет нам переписать историю Вселенной».