Fysiker vid University of Massachusetts Amherst föreslår att en rekordstor neutrino som detekterades 2023 har sitt ursprung i explosionen av ett primordialt svart hål med en "mörk laddning". Partikelns energi, 100 000 gånger större än den som produceras av Large Hadron Collider, har förbryllat forskare eftersom endast experimentet KM3NeT registrerade den. Deras modell, som publicerats i Physical Review Letters, skulle också kunna ge ledtrådar om den mörka materiens natur.
År 2023 detekterade KM3NeT-samarbetet en neutrino som träffade jorden med en oöverträffad energi, långt överstigande alla kända kosmiska accelerationsprocesser. IceCube-experimentet, en annan stor neutrinodetektor, registrerade ingen liknande händelse, vilket väckte frågor om fenomenets sällsynthet. Nu föreslår forskare, däribland Andrea Thamm, Joaquim Iguaz Juan och Michael Baker från UMass Amherst, att neutrion kom från ett kvasiextremt primordialt svart hål – en kvarleva från det tidiga universum – som genomgick explosiv avdunstning via Hawkingstrålning. Dessa svarta hål, som föreslogs av Stephen Hawking på 1970-talet, krymper och värms upp när de avger partiklar, vilket kulminerar i en skur som kan detekteras av nuvarande instrument, potentiellt en gång per decennium, uppskattar teamet. Forskarna introducerar en "mörk laddning" i dessa svarta hål, liknande en elektrisk kraft men som involverar en tyngre "mörk elektron". "Vi tror att primordiala svarta hål med en mörk laddning – vad vi kallar kvasiextrema primordiala svarta hål – är den saknade länken", säger Iguaz Juan, postdoktor vid UMass Amherst. Denna modell förenar KM3NeT-observationen med IceCubes tystnad och stämmer överens med den förutspådda signalen. Baker noterade att teorins komplexitet gör den mer realistisk än enklare alternativ. "Det som är så häftigt är att se att vår modell kan förklara detta annars oförklarliga fenomen", sa han. Thamm tillade att sådana explosioner skulle kunna avslöja nya partiklar utanför standardmodellen, inklusive kandidater för mörk materia. Studien tyder på att en population av dessa svarta hål skulle kunna utgöra all saknad mörk materia, vilket stämmer överens med observationer av galaxer och den kosmiska bakgrundsstrålningen. Baker beskrev neutrion som "ett nytt fönster mot universum", som potentiellt kan bekräfta Hawkingstrålning och primordiala svarta hål.