Нейтрино-рекордсмен прилетело из пятого измерения? Физики объяснили неуловимую частицу взрывом чёрной дыры в «тёмном измерении»
iXBT.com · · g2867714
В феврале 2023 года строящийся нейтринный телескоп KM3NeT у берегов Сицилии зарегистрировал частицу, которая не вписывалась в существующие уравнения. Нейтрино оказалось в 35 раз энергичнее всего, что наблюдали прежде. За 3 года астрофизики перебрали массу объяснений — от блазаров до космогенных нейтрино, порождённых столкновением космических лучей, — но ни одно не закрыло всех вопросов. В новой работе группа физиков под руководством Дитера Люста из Института физики Макса Планка в Мюнхене предложила смелое объяснение: частица родилась при взрыве первичной чёрной дыры, которая находилась не в нашей Вселенной, а внутри пятого измерения. Статья опубликована в Physical Review D.
В феврале 2023 года строящийся нейтринный телескоп KM3NeT у берегов Сицилии зарегистрировал частицу, которая не вписывалась в существующие уравнения. Нейтрино оказалось в 35 раз энергичнее всего, что наблюдали прежде. За 3 года астрофизики перебрали массу объяснений — от блазаров до космогенных нейтрино, порождённых столкновением космических лучей, — но ни одно не закрыло всех вопросов. В новой работе группа физиков под руководством Дитера Люста из Института физики Макса Планка в Мюнхене предложила смелое объяснение: частица родилась при взрыве первичной чёрной дыры, которая находилась не в нашей Вселенной, а внутри пятого измерения. Статья опубликована в Physical Review D.
Первичные чёрные дыры — гипотетические объекты, возникшие в первые мгновения после Большого взрыва. В отличие от звёздных чёрных дыр, они могут быть чрезвычайно лёгкими и, согласно теории Стивена Хокинга, постепенно испаряются, излучая частицы. Такая чёрная дыра массой с астероид дожила бы до наших дней, а её финальная вспышка выбросила бы поток нейтрино. Год назад Александра Клипфель и Дэвид Кайзер из MIT рассчитали, что такой объект в пределах 2000 астрономических единиц от Солнца мог бы породить частицу, зарегистрированную KM3NeT. Версия осталась рабочей, но не отвечала на важную деталь: другие инструменты не зафиксировали сопутствующих фотонов.
Люст и коллеги добавили к этой картине дополнительное измерение — тёмное измерение. Идею выдвинул специалист по теории утрун из Гарварда Кумрун Вафа в работах 2022–2023 годов: пятое измерение может быть побочным эффектом тёмной энергии и представлять собой «свёрнутую окружность» размером около микрона в каждой точке привычного пространства-времени. Его не видно, потому что все взаимодействия, кроме гравитации, замкнутоы четырёхмерной бране. Если взрывающаяся первичная чёрная дыра находится внутри этого измерения, то физика диктует жёсткое правило: вырваться наружу могут только нейтрино, без фотонов — именно то, что наблюдалось.
Модель требует и второго усложнения: чёрная дыра образовалась не из случайных сгущений плотности во время инфляции, а из схлопнувшихся космических струн, которые могли возникнуть в ранней Вселенной. Вокруг таких струн плотность достаточна для коллапса в чёрную дыру. «Это полностью разрешает загадку отсутствия фотонов», — утверждает Люст. Скептики, впрочем, указывают на очевидное: само существование пятого измерения не доказано. Космолог Дэн Хупер из Висконсинского университета в Мэдисоне замечает: «авторы делают очень сильные утверждения, которые я не смог бы защитить».
Дополнительную странность добавляет молчание куда более крупного детектора IceCube на Южном полюсе. Он работает с 2011 года, охватывает объём льда в 20 раз больше KM3NeT и не зафиксировал ни одного нейтрино сравнимой энергии за 15 лет — ни одновременно с итальянским событием, ни в другое время. Впрочем, близкий взрыв первичной чёрной дыры, пятимерной или нет, мог выбросить частицу в узком конусе, который попал точно в KM3NeT и разминулся с IceCube. Ошибка прибора практически исключена.
Проверка экзотических гипотез потребует новых данных. В Гренландии строится Радионейтринная обсерватория, которая будет ловить нейтрино не по оптическим вспышкам, как IceCube, а по радиосигналам, что позволит раздвинуть станции и охватить гораздо большие энергии. Проект IceCube второго поколения предлагает раскинуть сеть радиоантенн на 500 квадратных километрах. Пока же у частицы KM3NeT немало и приземлённых объяснений: те же космические лучи или блазары. Но пока ни одно из них не доказано, пятимерные первичные чёрные дыры, рождённые космическими струнами, остаются вариантом — каким бы фантастическим он ни звучал.