Czy to neutrino pochodzi z pierwotnej czarnej dziury? Hipoteza ma związek z teorią Hawkinga

Spis treści:

1. Potwierdzenie promieniowania Hawkinga
2. Neutrino odkryte w Morzu Śródziemnym
3. Czy pierwotne czarne dziury istnieją?

Teoria promieniowania Hawkinga opisuje zjawisko fizyczne, w którym czarne dziury emitują promieniowanie. Powoduje to ich bardzo powolną utratę masy i ostatecznie prowadzi do „wyparowania” tych obiektów. Dlatego prof. Stephen Hawking w 1974 roku stwierdził, że czarne dziury w rzeczywistości nie są aż tak „czarne”. W jednej ze swoich książek napisał: „Czarne dziury nie są wiecznymi więzieniami. Można się z nich wydostać zarówno w tym Wszechświecie, jak i – być może – także w innym”.

Potwierdzenie promieniowania Hawkinga

Jeżeli przyjmiemy, że słynny brytyjski fizyk miał rację, neutrino, które odkryto w Morzu Śródziemnym, mogło pochodzić z parowania pierwotnej czarnej dziury powstałej krótko po Wielkim Wybuchu. Tak przynajmniej twierdzi para naukowców, Andrea Boccia i Fabio Iocco, którzy nie byli zaangażowani w odkrycie neutrina, ale postanowili zbadać jego genezę. Swoją pracę opublikowali w serwisie preprintów arXiv, co oznacza, że artykuł nie został jeszcze zrecenzowany.

Słowem wyjaśnienia – neutrino to bardzo lekka cząstka elementarna, która należy do rodziny leptonów. Jest elektrycznie obojętne, czyli nie ma ładunku elektrycznego i ma niezwykle małą masę, choć przez długi czas uważano, że może w ogóle jej nie mieć. Neutrino ponadto bardzo słabo oddziałuje z innymi cząstkami. Te cząstki elementarne przenikają na Ziemię niemal niezauważone. Do wykrywania istnienia neutrin zaprojektowano ogromne detektory, które ukryto głęboko pod powierzchnią ziemi, m.in. w Morzu Śródziemnym.

Neutrino odkryte w Morzu Śródziemnym

Neutrino, o którym mowa zostało wykryte przez detektor KM3NeT w 2023 roku, ale dopiero niedawno na łamach „Nature” opublikowano szczegółowe prace na jego temat. Okazało się, że cząstka elementarna miała energię ok. 220 PeV (220 milionów miliardów elektronowoltów), czyli o 10–20 razy większą od jakiegokolwiek wcześniej wykrytego neutrina.

Andrea Boccia i Fabio Iocco zaproponowali hipotezę, która sugeruje, że to neutrino jest sygnaturą parującej czarnej dziury. – Biorąc pod uwagę charakterystykę mechanizmu parowania czarnych dziur, każdy obiekt zdolny do wytwarzania cząstek w zakresie energii wykrytego zdarzenia (około 100–800 PeV) musi mieć masę poniżej 10 tys. kg. Żaden znany mechanizm astrofizyczny nie jest w stanie wytworzyć czarnych dziur o tak niskiej masie. To oznacza, że jedynym możliwym kandydatem są pierwotne czarne dziury – napisali w swojej pracy naukowcy.

Czy pierwotne czarne dziury istnieją?

Pierwotna czarna dziura to hipotetyczny typ czarnych dziur, który mógł powstać tuż po Wielkim Wybuchu. W odróżnieniu od normalnych czarnych dziur, nie powstały one w procesie grawitacyjnego zapadania się masywnych gwiazd, ale bezpośrednio z niezwykle gęstej materii obecnej w pierwszej fazie ekspansji Wszechświata. Teoretycznie nie ma ścisłej górnej granicy masy pierwotnych czarnych dziur. Zależy to przede wszystkim od warunków we wczesnym Wszechświecie.

Co do zasady, wszystkie znane czarne dziś dziury są bardzo masywne. Najmniejsze są co najmniej kilka razy masywniejsze od Słońca. Zakładając jednak, że nawet najmniejsze znane czarne dziury potrzebują ponad 10¹⁰⁰ lat, aby wyparować, to jeśli neutrino zarejestrowane przez KM3NeT jest wynikiem eksplozji czarnej dziury, musiałaby być ona znacznie, ale to znacznie mniejsza. Chodzi o masę zaledwie 10⁴ kg, czyli 10 tys. kilogramów.

Czarne dziury o masie 10⁴ kg mają czas parowania rzędu 2,1 x 10¹⁰ lat, co jest porównywalne z wiekiem Wszechświata (ok. 1,38 x 10¹⁰ lat). W standardowym modelu promieniowania Hawkinga większość z nich mogłaby już wyparować. Jednak ostatnie badania sugerują, że mechanizmy kwantowe mogą spowolnić ten proces, wydłużając ich czas życia aż do dziś.

Tak mała pierwotna czarna dziura mogłaby przetrwać miliardy lat, zanim ostatecznie by eksplodowała, wysyłając w kierunku naszej planety neutrino o bardzo wysokiej energii, które właśnie zostało zidentyfikowane. Jeżeli ta hipoteza by się potwierdziła, teoria prof. Hawkinga mogłaby zostać poparta dodatkowymi, pośrednimi dowodami. Choć należy zaznaczyć, że promieniowanie Hawkinga wciąż czeka na potwierdzenie obserwacjami.

Źródło: LiveScience

Nasz autor

Jakub Rybski

Dziennikarz, miłośnik kina niezależnego, literatury, ramenu, gier wideo i dobrego rocka. Wcześniej związany z telewizją TVN24 i Canal +. Zawodowo nie boi się podejmować żadnego tematu, prywatnie bardzo zainteresowany polityką. Autor bloga na Instagramie "Mini Podróże".