کشف نوترینوی پرانرژی؛ نظریه انفجار سیاهچالههای اولیه محتملترین توضیح
این ذره که «KM3-230213A» نامیده شده، در مقایسه با نوترینوهای خورشیدی معمولی، یک میلیارد برابر پرانرژیتر بوده است. وجود این پدیده، فهرست کوتاهی از رویدادهای اخترفیزیکی مانند تپاخترها، انفجارهای پرتو گاما یا هستههای فعال کهکشانی را بهعنوان منبع احتمالی در مقابل دانشمندان قرار داد، اما هیچیک از این فرآیندهای شناختهشده به خوبی این سطح از انرژی را توجیه نمیکنند.
تحقیقات جدیدی که در مجله «Physical Review Letters» منتشر شده، توضیح دیگری را بر پایه سیاهچالههای اولیه (PBH) ارائه میدهند. نویسنده اصلی این پژوهش، مایکل بیکر، استادیار فیزیک در دانشگاه ماساچوست امهرست است. این نظریه بیان میکند که سیاهچالههای اولیه، برخلاف سیاهچالههای با جرم ستارهای که پس از فروپاشی ستارگان عظیم شکل میگیرند، بلافاصله پس از مهبانگ از تودههای متراکم ماده زیراتمی ایجاد شدهاند.
سیاهچالههای اولیه، اگرچه بسیار سبکتر از همتایان ستارهای خود هستند، اما همچنان ویژگی مشترک «تابش هاوکینگ» را دارند. استیون هاوکینگ این نظریه را مطرح کرد که این تابش باعث کاهش تدریجی جرم سیاهچاله و در نهایت تبخیر آن میشود، مگر آنکه ماده بیشتری جذب کنند. آندره تام، استادیار فیزیک در همان دانشگاه، توضیح میدهد که هرچه جرم سیاهچاله سبکتر باشد، داغتر بوده و ذرات بیشتری منتشر میکند؛ این امر منجر به تبخیر فرار و در نهایت انفجار نهایی میشود که میتواند نوترینوهای پرانرژی تولید کند.
محققان پیشبینی میکنند که چنین انفجارهایی ممکن است تقریباً هر دهه رخ دهد و علاوه بر ذرات شناختهشده، ذرات فرضی یا ناشناختهای را نیز آزاد کند. با این حال، رصدخانه نوترینوی IceCube تاکنون هیچ نوترینویی با انرژی مشابه کشف نکرده است، در حالی که ۲۰ سال سابقه رصد دارد. این عدم مشاهده، تیم تحقیقاتی را به سوی فرضیه سیاهچالههای اولیه با «بار تاریک» یا همان «سیاهچالههای شبهاکسترمال» سوق داد.
خواکیم ایگواز خوان، یکی از نویسندگان مقاله، معتقد است که این سیاهچالهها که یک نسخه فرضی بسیار سنگین از الکترون (الکترون تاریک) دارند، بیشتر وقت خود را در حالت شبه اکسترمال میگذرانند. این امر میتواند توضیح دهد که چرا IceCube که حساسیت آن تا ۱۰ پیکوالکترونولت محدود است، نتوانسته است رویداد KM3-230213A را ثبت کند. بیکر تأکید میکند که مدل بار تاریک، اگرچه پیچیدهتر است، اما صحت بیشتری به توضیح این پدیده توضیحناپذیر میبخشد.