Πριν από πέντε δεκαετίες, ο διάσημος αστροφυσικός Στίβεν Χόκινγκ πρότεινε τη θεωρία ότι η Μεγάλη Έκρηξη μπορεί να έχει πλημμυρίσει το σύμπαν με μικροσκοπικές μαύρες τρύπες. Τώρα, ερευνητές πιστεύουν ότι ενδέχεται να έχουν παρατηρήσει μία από αυτές να εκρήγνυνται.
Τον Φεβρουάριο του 2025, η ευρωπαϊκή συνεργασία KM3NeT – η οποία αποτελείται από υποβρύχιους ανιχνευτές κοντά στις ακτές της Γαλλίας, Ιταλίας και Ελλάδας – ανακοίνωσε την ανακάλυψη ενός εξαιρετικά ισχυρού νετρίνου. Αυτό το φανταστικό σωματίδιο είχε ενέργεια περίπου 100 PeV – πάνω από 25 φορές πιο ενεργό από τα σωματίδια που επιταχύνονται στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), τον πιο ισχυρό επιταχυντή ατόμων στον κόσμο.
Το αίνιγμα του ισχυρού Νετρίνου
Οι φυσικοί δυσκολεύονται να βρουν μια εξήγηση για την τόσο υψηλή ενέργεια του νετρίνου. Ωστόσο, μια ομάδα ερευνητών που δεν συμμετείχαν στην αρχική ανίχνευση προτείνουν μια απρόβλεπτη υπόθεση: Το νετρίνο μπορεί να είναι το ίχνος μιας εξατμιζόμενης μαύρης τρύπας. Η πρόταση αυτή περιγράφηκε σε ένα άρθρο που ανέβηκε στην βάση δεδομένων arXiv και δεν έχει ακόμα αξιολογηθεί από ομοτίμους.
Η θεωρία του Χόκινγκ για τις μαύρες τρύπες
Στη δεκαετία του 1970, ο Χόκινγκ συνειδητοποίησε ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι απόλυτα «μαύρες». Αντίθετα, μέσω πολύπλοκων αλληλεπιδράσεων μεταξύ του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας και των κβαντικών πεδίων του χωροχρόνου, μπορούν να εκπέμψουν μια αργή, αλλά σταθερή ροή ακτινοβολίας, που είναι γνωστή ως ακτινοβολία Χόκινγκ.
Αυτό σημαίνει ότι οι μαύρες τρύπες εξατμίζονται και τελικά εξαφανίζονται. Στην πραγματικότητα, καθώς η μαύρη τρύπα μικραίνει, εκπέμπει ακόμη περισσότερη ακτινοβολία, μέχρι να εκραγεί τελικά σε μια έκρηξη υψηλής ενέργειας σωματιδίων και ακτινοβολίας – όπως το νετρίνο που εντόπισε η συνεργασία KM3NeT.
Πολύ μικρές μαύρες τρύπες: Ένα νέο ίχνος της αρχής του σύμπαντος
Ωστόσο, όλες οι γνωστές μαύρες τρύπες είναι πολύ μεγάλες – τουλάχιστον μερικές φορές το μέγεθος του Ήλιου και συχνά πολύ μεγαλύτερες.
Θα χρειαστεί πάνω από 10^100 χρόνια για να πεθάνουν ακόμη και οι μικρότερες γνωστές μαύρες τρύπες. Αν το νετρίνο KM3NeT προέρχεται από μια εκρηκτική μαύρη τρύπα, πρέπει να είναι πολύ μικρότερη – γύρω στα 22.000 κιλά (10.000 κιλά). Αυτό είναι περίπου το βάρος δύο πλήρως αναπτυγμένων αφρικανικών ελεφάντων, συμπιεσμένων σε μια μαύρη τρύπα μικρότερη από ένα άτομο.
Ο μόνος γνωστός τρόπος για να παραχθούν τόσο μικρές μαύρες τρύπες είναι στις χαοτικές εκρήξεις του πρώιμου σύμπαντος, οι οποίες μπορεί να έχουν πλημμυρίσει το σύμπαν με «πρωτογενείς» μαύρες τρύπες.
Οι μικρότερες πρωτογενείς μαύρες τρύπες που παρήχθησαν στη Μεγάλη Έκρηξη θα είχαν εκραγεί πολύ καιρό πριν, ενώ μεγαλύτερες μπορεί να επιβίωσαν μέχρι σήμερα.
Η θεωρία της «Μνήμης Φορτίου» και η αιωνιότητα της μικρής μαύρης τρύπας
Δυστυχώς, μια μαύρη τρύπα βάρους 22.000 κιλών δεν θα έπρεπε να επιβιώσει από τη Μεγάλη Έκρηξη μέχρι σήμερα. Ωστόσο, οι συγγραφείς της νέας μελέτης επισημαίνουν ότι ίσως υπάρχει ένας πρόσθετος κβαντικός μηχανισμός, γνωστός ως «μνήμη φορτίου», ο οποίος επιτρέπει στις μαύρες τρύπες να αντιστέκονται στην αποσύνθεση. Αυτό θα επέτρεπε σε μια μαύρη τρύπα 22.000 κιλών να επιβιώσει για δισεκατομμύρια χρόνια πριν εκραγεί, στέλνοντας ένα νετρίνο υψηλής ενέργειας προς τη Γη.
Πρωτογενείς μαύρες τρύπες και σκοτεινή ύλη
Οι πρωτογενείς μαύρες τρύπες μπορεί να είναι μια εξήγηση για τη σκοτεινή ύλη – την αόρατη ουσία που αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο σύμπαν – αλλά μέχρι στιγμής, οι έρευνες για αυτές δεν έχουν αποδώσει καρπούς.
Αυτή η νέα ανακάλυψη μπορεί να προσφέρει ένα συναρπαστικό στοιχείο. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, αν οι πρωτογενείς μαύρες τρύπες αυτής της μάζας είναι αρκετά άφθονες για να εξηγήσουν όλη τη σκοτεινή ύλη, θα έπρεπε να εκρήγνυνται κάπως τακτικά. Εκτιμούν ότι, αν αυτή η υπόθεση είναι σωστή, η συνεργασία KM3NeT θα πρέπει να εντοπίσει ξανά ένα εκρηκτικό νετρίνο τα επόμενα χρόνια.
Αν αυτή η ανίχνευση πραγματοποιηθεί, ίσως χρειαστεί να αναθεωρήσουμε ριζικά τον τρόπο που προσεγγίζουμε τη σκοτεινή ύλη, τα νετρίνα υψηλής ενέργειας και ακόμη και τη φυσική του πρώιμου σύμπαντος.