Раскрыта природа космического излучения Млечного Пути

Ученые Университета Амстердама и Калифорнийского университета выяснили, что порождать загадочное диффузное гамма-излучение, испускаемое центром Млечного Пути, могут экзотические объекты – легкие первичные черные дыры, составляющие большую часть темной материи или ее всю. Журнал Physical Review Letters опубликовал статью, в которой обсуждается возможность наблюдения излучения Хокинга от этих дыр.

Одним из возможных проявлений темной материи могут быть легкие первичные черные дыры (ПЧД), которые были образованы в ранней Вселенной. Масса такой ПЧД может варьироваться от 10 в 16-й степени граммов до 10 в 35-й степени граммов. Зависит она от того, какую долю составляет ПЧД во Вселенной. Эти черные дыры сравнимы по массе с крупными астероидами.

Принято считать, что любая черная дыра испаряется спонтанным излучением Хокинга – потока частиц, возникших в составе пар виртуальных частиц почти на самом горизонте событий. Подобные пары появляются в результате квантовой флуктуации в вакууме, и они обычно быстро аннигилируют. Вот только близость горизонта событий приводит к тому, что одна из пары частиц пропадает за ним, а другая уносится прочь, вызывая излучение Хокинга. ПЧД должны быть особенно заметными, поскольку их уменьшение приводит к усилению испарения.

Хоть существование первичных черных дыр и не доказано, ученые в новой работе установили дополнительные ограничения на параметры этих объектов. Легкие черные дыры должны испускать смесь частиц, состоящую из электронов, пионов и фотонов мягкого гамма-излучения. Испарение ПЧД стать причиной искажений реликтового излучения, нагрева нейтрального водорода и межзвездной среды в карликовых галактиках. К тому же количество электронов и позитронов в космическом излучении ограничивает количество ПЧД. Кроме того, гамма-излучение от черных дыр не должно превосходить фон диффузного гамма-излучения, а его происхождение пока невозможно объяснить видимыми источниками. Считается, что к такому излучению может привести темная материя, чья природа пока остается неизвестной.

Чтобы зафиксировать излучение Хокинга от ПЧД, понадобится гамма-телескоп, измеряющий лучи с энергией порядка мегаэлектронвольт. При помощи такого инструмента COMPTEL, расположенного на борту космической обсерватории CGRO (Compton Gamma Ray Observatory), ученые смогли собрать данные от наблюдений диффузного излучения из центральной области Млечного Пути и проанализировать их. Исследователи сделали вывод, что многие из гамма-телескопов потенциально способны зафиксировать излучение Хокинга от ПЧД с массами от 10 в 17-й степени до 10 в 18-й степени граммов.

Ранее ученые Израильского технологического института создали в лабораторных условиях звуковой аналог черной дыры и доказали излучение Хокинга.