Physiker vermuten, dass sie die Explosion eines Schwarzen Lochs entdeckt haben

Ihrer Meinung nach kann dieses Ereignis das Auftreten des "unmöglichen" Neutrinos mit ultrahoher Energie erklären, das 2023 auf der Erde registriert wurde, und Licht auf die grundlegenden Eigenschaften des Universums werfen - von der Hawking-Strahlung bis zur Natur der dunklen Materie.

Wir sprechen hier von Neutrinos mit Energien, die die des Large Hadron Collider um das 100.000-fache übertreffen. Bislang war in der Astrophysik keine Quelle bekannt, die ein Teilchen mit solchen Eigenschaften erzeugen konnte.

In einer neuen Arbeit , die in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde, schlagen die Forscher vor, dass das Teilchen aus der Explosion eines so genannten quasi-extremen primären Schwarzen Lochs stammen könnte, einem hypothetischen Objekt, das kurz nach dem Urknall entstanden ist.

Nicht alle schwarzen Löcher sind gleich

Herkömmliche Schwarze Löcher entstehen nach dem Kollaps massereicher Sterne und zeichnen sich durch ihre enorme Masse und Stabilität aus. Bereits in den 1970er Jahren vermutete Stephen Hawking jedoch die Existenz primärer Schwarzer Löcher, die im frühen Universum aufgrund von Dichtefluktuationen entstanden sein könnten.

Solche Objekte, falls sie existieren, könnten viel leichter sein als stellare Schwarze Löcher. Nach Hawkings Theorie sind sie in der Lage, langsam Masse zu verlieren, indem sie Teilchen aussenden, ein Prozess, der als Hawking-Strahlung bekannt ist. Während sie "verdampfen", werden solche Schwarzen Löcher immer heißer, was schließlich zu einer explosiven Freisetzung von Energie führen kann.

"Je kleiner das Schwarze Loch ist, desto höher ist seine Temperatur und desto intensiver ist die Strahlung", erklärt die Physikerin Andrea Tamm, eine Mitautorin der Studie. - Bei primären Schwarzen Löchern kann dieser Prozess in eine unkontrollierte Phase übergehen, die in einer Explosion gipfelt, die wir möglicherweise beobachten können."

Mysteriöse Neutrinos und Widersprüche in den Beobachtungen

Im Jahr 2023 entdeckte der Neutrinodetektor KM3NeT ein Teilchen mit Rekordenergie. Ein anderes großes Experiment, IceCube, konnte dieses Ereignis jedoch nicht nur nicht aufzeichnen, sondern hat auch nie ein Neutrino mit vergleichbarer Energie beobachtet.

Diese Diskrepanz hat die Wissenschaftler vor ein Rätsel gestellt: Wenn primäre Schwarze Löcher tatsächlich häufig explodieren, warum werden dann nicht regelmäßig ähnliche Signale aufgezeichnet?

"Dunkle Ladung" als fehlendes Glied

Die Forscher schlugen eine Erklärung vor, die auf einem komplexeren Modell primärer schwarzer Löcher basiert - mit einer sogenannten dunklen Ladung. Diese hypothetische Ladung ist ein Analogon des Elektromagnetismus, operiert aber im "dunklen Sektor" der Physik und steht in Verbindung mit noch unentdeckten Teilchen, darunter dem "dunklen Elektron".

"Quasi-extreme primäre Schwarze Löcher mit dunkler Ladung verhalten sich anders als einfachere Modelle", erklärt der Physiker Joaquim Iguas Juan. - Es sind solche Objekte, die erklären können, warum ein Experiment Neutrinos gesehen hat und ein anderes nicht."

Den Autoren zufolge ist ihr Modell mit allen verfügbaren Beobachtungsdaten vereinbar und beseitigt Widersprüche zwischen verschiedenen Neutrinodetektoren.

Verbindung zu dunkler Materie und neuer Physik

Die Wissenschaftler glauben, dass die vorgeschlagene Theorie viel weitreichendere Auswirkungen haben könnte. Wenn es eine dunkle Ladung gibt, könnte die Population der primären schwarzen Löcher viel größer sein als bisher angenommen und sie könnten die gesamte dunkle Materie im Universum erklären.

Außerdem würde die Bestätigung eines solchen Szenarios die experimentelle Beobachtung der Hawking-Strahlung bedeuten und auf die Existenz neuer Teilchen außerhalb des Standardmodells der Physik hinweisen.

"Die Registrierung dieses Neutrinos hat uns ein neues Fenster zum Universum geöffnet", bemerkt Michael Baker, Mitautor der Studie. - Wir stehen vielleicht kurz davor, mehrere fundamentale Theorien auf einmal zu bestätigen, die jahrzehntelang rein hypothetisch blieben".