Jeśli ta teoria się potwierdzi, może radykalnie zmienić nasze rozumienie zarówno fizyki cząstek elementarnych, jak i natury ciemnej materii.
Chodzi o neutrino (niezwykle lekką, elementarną cząstkę subatomową o zerowym ładunku elektrycznym, która przenika przez materię niemal bez śladu) o energii tak ogromnej, że wykracza ona daleko poza wszystko, co dotąd zarejestrowano. Zespół badaczy podkreśla jednak, że to tylko jedna z możliwych interpretacji – na razie brak bezpośrednich dowodów, że właśnie taki scenariusz rzeczywiście miał miejsce.
Neutrino o mocy, jakiej jeszcze nie widziano
Cząstkę wykryto dzięki Cubic Kilometre Neutrino Telescope, czyli międzynarodowemu projektowi badawczemu znanemu jako KM3NeT. To ogromna sieć detektorów umieszczonych na dnie Morza Śródziemnego, zaprojektowana do rejestrowania niemal niewykrywalnych neutrin.
Neutrina nazywane są „cząstkami widmo”, ponieważ niemal nie oddziałują z materią i mają znikomo małą masę. To konkretne neutrino wyróżniało się jednak skalą energii: uderzyło w Ziemię z mocą około 220 biliardów elektronowoltów. To co najmniej sto razy więcej niż energia jakiegokolwiek innego neutrina zaobserwowanego do tej pory i około sto tysięcy razy więcej niż możliwości największych ziemskich akceleratorów cząstek, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN.
Tak ekstremalne parametry sprawiły, że badacze szybko odrzucili najbardziej oczywiste wyjaśnienia.
Eksplozja pierwotnej czarnej dziury?
Początkowo brano pod uwagę, że neutrino mogło powstać w wyniku zderzenia promienia kosmicznego z ziemską atmosferą. Taki proces prowadzi do powstania kaskady wysokoenergetycznych cząstek. Skala energii okazała się jednak tak duża, że naukowcy zaczęli podejrzewać źródło znacznie bardziej egzotyczne.
W artykule w czasopiśmie „Physical Review Letters” badacze wskazują na eksplodującą pierwotną czarną dziurę. To hipotetyczne obiekty, które mogły powstać tuż po Wielkim Wybuchu. W przeciwieństwie do znanych czarnych dziur, mogą być mikroskopijne – od rozmiarów atomu po wielkość główki od szpilki.
Ideę pierwotnych czarnych dziur rozwinął w latach 70. XX wieku Stephen Hawking. Zasugerował on, że takie obiekty powinny emitować promieniowanie Hawkinga, tracąc masę i energię aż do gwałtownego finału.
„Im lżejsza jest czarna dziura, tym gorętsza powinna być i tym więcej cząstek będzie emitować” – powiedziała w oświadczeniu współautorka badania, Andrea Thamm, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Massachusetts w Amherst. „W miarę parowania czarnych dziur stają się one coraz lżejsze i gorętsze, emitując jeszcze więcej promieniowania w niekontrolowanym procesie, aż do eksplozji”.
Ciemny ładunek i zagadka ciemnej materii
Dodatkową zagadką pozostaje fakt, że tak potężne neutrino nie zostało zarejestrowane przez inne światowe obserwatoria, w tym Obserwatorium Neutrinowe IceCube działające pod lodami Antarktydy. Zdaniem naukowców może to oznaczać, że źródłem była wyjątkowo rzadka odmiana pierwotnej czarnej dziury.
Chodzi o tak zwaną quasi-ekstremalną pierwotną czarną dziurę, posiadającą „ciemny ładunek” – hipotetyczny odpowiednik ładunku elektrycznego, powiązany z ciężką, nieznaną jeszcze cząstką określaną jako „ciemny elektron”.
Według badaczy takie eksplozje mogłyby uwalniać pełne spektrum cząstek elementarnych – od znanych, jak bozon Higgsa, po czysto teoretyczne byty, w tym grawitony czy tachiony, a także cząstki całkowicie nieznane współczesnej nauce.
Co więcej, quasi-ekstremalne czarne dziury mogłyby wyjaśnić jedną z największych zagadek kosmologii. Zdaniem autorów pracy mogą one stanowić całość obserwowanej ciemnej materii we Wszechświecie — niewidzialnej substancji, której istnienie zdradza jedynie jej wpływ grawitacyjny na galaktyki, w tym Drogę Mleczną.
„To niesamowite wydarzenie może okazać się nowym oknem na wszechświat i pomóc nam wyjaśnić to w inny sposób niewytłumaczalne zjawisko” – powiedział w oświadczeniu główny autor badania Michael Baker, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Massachusetts w Amherst.
Czytaj też:
Planeta uznana za martwą... ożywa. Naukowcy zaskoczeniCzytaj też:
Asteroida uderzy w naturalnego satelitę Ziemi? Kolizja silniejsza niż bomba z Hiroszimy