Таємниче випромінювання може бути видимим навколо “шматочків” дитячої чорної діри

Ніщо не триває вічно, в тому числі й чорні діри. Через надзвичайно довгі проміжки часу вони випаровуються, як і інші великі об’єкти у Всесвіті. Це відбувається через випромінювання Гокінга, назване на честь Стівена Гокінга, який розробив цю ідею в 1970-х роках.

Проблема полягає в тому, що випромінювання Гокінга ніколи не спостерігалося достовірно.

Тріо європейських дослідників вважають, що вони знайшли спосіб побачити випромінювання Гокінга. Їх робота опублікована в статті під назвою “Вимірювання випромінювання Гокінга від уламків чорних дір в астрофізичних злиттях чорних дір”.

Злиття чорних дір було передбачене давно, але ніколи не спостерігалося. Теорія показувала, що ці злиття повинні випускати потужні гравітаційні хвилі. Нарешті, у 2015 році обсерваторія LIGO виявила перше злиття.

Тепер вчені виявили їх багато.

У своєму короткому науковому листі дослідники говорять, що ці злиття є вікном у випромінювання Гокінга (ВГ). Коли чорні діри зливаються, вони можуть створювати так звані “шматки” чорних дір розміром з астероїди, які викидаються в космос. Їхній малий розмір повинен зробити їхнє випромінювання легко помітним.

ЧД, що походить від цих малих ЧД, виробляє гамма-промені з особливим “відбитком” високоенергетичних фотонів.

“У цьому листі ми досліджуємо спостережні наслідки утворення великої кількості маленьких уламків ЧД під час такої катастрофічної події, як злиття двох астрофізичних ЧД”, – пояснюють автори.

“Як ми покажемо, випромінювання Гокінга, що виникає з цих частинок ЧД, призводить до гамма-спалахів (GRB), які мають характерний відбиток”.

Коли шматочки чорної діри випаровуються, вони випромінюють частинки у сферично симетричному паттерні. Поки більша ЧД, що злилася, не перекриває їм огляд, частинки ЧД повинні долетіти до нас. Енергія фотонів від спалахів перевищує трильйон електрон-вольт (ТеВ).

Дослідники кажуть, що енергетичний рівень гамма-сплесків від цих дір можна виявити за допомогою атмосферних черенковських телескопів, таких як Висотно-водна черенковська гамма-обсерваторія (HAWC). HAWC спостерігає фотони в діапазоні від 100 ГеВ до 100 ТеВ.

Залишається багато питань. Автори кажуть, що ці уламкові ЧД випромінюватимуть найбільшу енергію близько до моменту їхнього випаровування. Але коли уламкові ЧД випромінюють в інтенсивному гравітаційному середовищі злиття ЧД, на них може вплинути випромінювання Гокінґа.

Те саме відбувається, якщо уламки випромінюються на релятивістських швидкостях. Обидва ці фактори можуть змінити їхні спектри ще до того, як вони досягнуть наших детекторів.

У Стандартній моделі фізики елементарних частинок є місця, де все ламається через наше нерозуміння. Автори вказують, що деякі нові фізичні явища, які раніше не спостерігалися, також можуть спотворювати спектри від шматкових чорних дір, роблячи їх складними для спостереження.

Є ще один справді цікавий аспект у цих крихітних чорних дір розміром з астероїд. Оскільки фізика в дуже ранньому Всесвіті була іншою, цілком можливо, що вони були створені тоді. Якщо це так, і якщо вони ще не випарувалися, вони можуть становити темну матерію.

“Спостереження випромінювання Гокінга від шматочків ЧД, таким чином, може пролити світло не тільки на виробництво таких шматочків, але й на фізику частинок при енергіях, недосяжних для нинішніх і майбутніх експериментів на колайдерах, що несуть на собі відбитки нової фізики, заснованої на суперсиметрії, композитній динаміці або додаткових вимірах, якщо назвати декілька з них”, – пишуть автори статті.