O analiză teoretică recentă oferă o posibilă explicaţie pentru neutrino-ul cu cea mai mare energie detectat până acum. Cercetătorii sugerează că particula ar fi putut fi generată de explozia unei găuri negre primordiale, ipoteză care leagă observaţiile de idei fundamentale despre univers. Propunerea, publicată în revista Physical Review Letters, combină calcule privind distribuţia iniţială a acestor obiecte şi principiile emisiilor prezise de Hawking.
Găurile negre primordiale ca sursă a neutrino-ului cu energie extremă
Autorii studiului pornesc de la ideea că anumite găuri negre primordiale, formate imediat după Big Bang, ar putea suferi evaporare şi explozie în conformitate cu teoria lui Hawking. Acest proces teoretic ar elibera particule foarte energetice, inclusiv neutrini. Echipa a calculat numărul de neutrini pe care o astfel de explozie l-ar putea produce şi a combinat aceste estimări cu modele ale distribuţiei de materie întunecată din apropierea sistemului solar. Rezultatele indică că, teoretic, într-un volum apropiat ar putea avea loc zeci de explozii pe an, ceea ce creşte probabilitatea de a detecta neutrini extrem de energetici.
Cercetătorii explică faptul că neutrinii emit în toate direcţiile şi se dispersă pe parcursul călătoriei cosmice. Astfel, pentru a înregistra un neutrino de energie record, sursa trebuie să fie suficient de aproape sau evenimentul suficient de intens. Modelele echipei arată că o explozie survenită în ultimele decenii, la distanţe cosmice dar nu extreme, ar putea explica sosirea unui neutrino deosebit de energetic la detectoarele de pe Pământ. Această interpretare oferă o conexiune între observaţii şi ipotezele privind rolul materiei întunecate în concentrarea acestor obiecte în regiunile galactice.
O parte din motivaţie vine din detectarea, în 2023, a unui neutrino cu energie estimată de ordinul sutelor de milioane de miliarde de electron-volţi. Acest eveniment a stârnit discuţii privind originea particulei şi a determinat analiza care examinează dacă exploziile de găuri negre primordiale pot fi responsabile. Modelele prezentate iau în considerare şi faptul că multe astfel de obiecte s-ar fi putut evapora deja, iar doar un procent mic din ele ar produce neutrini la energia observată. Prin urmare, estimările rămân sensibile la ipotezele despre distribuţia iniţială şi evoluţia lor în cosmos.
Analize matematice şi implicaţii pentru materia întunecată
Studiul combină calcule despre rata de evaporare, spectrul particulelor eliberate şi probabilitatea ca neutrinii generaţi să ajungă la detectoare terestre. Autorii consideră că, dacă o proporţie semnificativă din materia întunecată ar fi constituită din astfel de găuri negre primordiale, atunci ar exista coerenţă între distribuţia galactică şi concentraţia detectată de particule extrem de energetice. În acest context, o corelare între direcţiile de provenienţă ale neutrinoilor şi centrul Căii Lactee ar fi un indiciu relevant.
Există însă şi critici: unii cercetători subliniază că o explozie apropiată ar trebui să fie însoţită de emisie detectabilă de radiaţii gamma. Lipsa unor astfel de semnale pune sub semnul întrebării ipoteza, dar autorii argumentează că distanţele estimate pot face gamma-urile nedetectabile, în timp ce neutrinii, aproape nedisturbaţi, ajung la observatoare. Dezbaterea ilustrează necesitatea unor date suplimentare şi a unor detectoare mai sensibile pentru a confirma această legătură teoretică.
„Nu este încă o dovadă definitivă, dar ideea oferă o explicaţie simplă pentru mai multe observaţii aparent separate.”
- Modelarea ratei de evaporare a găurilor negre primordiale.
- Estimarea fluxului de neutrini ultraenergici detectabili pe Pământ.
- Posibila legătură între distribuţia materiei întunecate şi sursele neutrinoilor.
Concluzii şi paşi următori în investigarea sursei neutrinoilor
Ipoteza potrivit căreia un neutrino extrem ar proveni dintr-o gaură neagră primordială rămâne interesantă şi contestată. Pe de o parte, calculele sugerează că o explozie relativ apropiată ar putea produce particula detectată. Pe de altă parte, absenţa unor semnale gamma coerente şi incertitudinile privind estimările energetice ale evenimentelor iniţiale limitează concluziile.
Clarificarea acestei situaţii va necesita atât analize teoretice suplimentare, cât şi observaţii noi. Detectoare mai sensibile şi studii care să verifice posibile corelaţii spaţiale între neutrini şi regiuni cu densitate mare de materie întunecată vor fi esenţiale. Confirmarea legăturii ar avea implicaţii majore pentru cosmologie, inclusiv pentru înţelegerea originii materiei întunecate şi validarea predicţiilor privind evaporarea găurilor negre.
Sursa: sciencenews.org