Новое исследование указывает на 90% вероятность того, что в течение следующего десятилетия человечество сможет с помощью космических или наземных телескопов зафиксировать взрыв черной дыры. Такое открытие радикально изменит наше понимание Вселенной, подтвердив существование «первичных черных дыр» — объектов, возникших спустя секунду после Большого взрыва, около 13,8 миллиарда лет назад.

Ученые давно предполагали, что черные дыры могут взрываться, но время, необходимое для этого, зависит от их массы. Согласно предыдущим оценкам, самым массивным черным дырам потребовалось бы для взрыва больше времени, чем гипотетический возраст Вселенной. Теории также предполагали, что взрывы наименьших черных дыр происходят не чаще раза в 100 000 лет.

Однако команда исследователей предложила новую модель, учитывающую электрический заряд черных дыр — «темную КЭД-модель» (dark-QED toy model). В ней вводится гипотетическая тяжелая версия электрона, названная «темным электроном». Если эта модель верна, взрывы первичных черных дыр можно будет наблюдать каждые 10 лет.

Теоретически взрыв первичной черной дыры заполнит Вселенную частицами, включая известные элементы Стандартной модели (электроны, кварки, бозоны Хиггса), а также частицы за ее пределами, например, составляющие темную материю. Это открытие не только подтвердило бы существование первичных черных дыр, но и решило множество загадок современной физики.

«Мы не утверждаем, что это точно произойдет в ближайшие 10 лет, но шансы составляют 90%», — заявил Майкл Бейкер из Университета Массачусетса. — «Уже сегодня у нас есть технологии для обнаружения таких взрывов. Нужно быть готовыми».

Излучают ли черные дыры частицы?

Масса черных дыр играет ключевую роль в теории команды.

• Звездные черные дыры (10–1000 масс Солнца) образуются при коллапсе массивных звезд.
• Сверхмассивные черные дыры (миллионы/миллиарды солнечных масс) возникают в результате слияния меньших объектов.
• Первичные черные дыры (массы от астероидов до планет-гигантов) могли сформироваться из флуктуаций плотности в ранней Вселенной.

Идея о «побеге» частиц из черных дыр появилась в 1974 году, когда Стивен Хокинг предсказал их медленное испарение за счет квантового излучения (излучение Хокинга). Температура этого излучения обратно пропорциональна массе черной дыры: чем меньше объект, тем быстрее он теряет массу, завершая процесс взрывом. Именно это излучение, по мнению ученых, можно засечь современными телескопами.

«Легкие черные дыры нагреваются сильнее и интенсивнее излучают частицы. По мере испарения их масса уменьшается, а температура растет, приводя к «цепной реакции» перед взрывом», — объясняет Андре Тамм, соавтор исследования. — «Наши телескопы способны уловить это излучение».

Новый подход: роль электрического заряда

Ранее считалось, что первичные черные дыры электрически нейтральны. Однако ученые предположили, что наличие у них небольшого «темного заряда» может стабилизировать объект перед взрывом. Это увеличивает частоту взрывов до одного в 10 лет.

Следующий шаг — подготовка к регистрации таких событий. По словам Хоакима Игуаза Хуана, обнаружение подтвердит как излучение Хокинга, так и существование первичных черных дыр:
«Это перевернет физику, раскроет состав всех частиц Вселенной и перепишет ее историю».

Исследование опубликовано 10 сентября в журнале Physical Review Letters.

Как взрывы черных дыр изменят науку?

Если предсказания ученых сбудутся, человечество получит ключ к разгадке темной материи и энергии. Вспышки от взрывов, фиксируемые гамма-обсерваториями (например, Fermi LAT) или радиотелескопами, могут указать на частицы, не вписывающиеся в Стандартную модель. Это ускорит разработку новых теорий, таких как суперсимметрия или многомерные пространства.

Кроме того, частота взрывов позволит построить карту распределения первичных черных дыр в Галактике, что подтвердит их роль в формировании звездных скоплений. Уже сейчас команды James Webb и будущего телескопа Евклид анализируют данные, которые могут содержать следы древних катаклизмов.

«Мы стоим на пороге эпохи, когда черные дыры из загадочных „пожирателей света“ станут источниками знаний о самых ранних моментах мироздания», — заключает Игуаз Хуан.