Ученые предлагают искать следы пронзающих Землю черных дыр

Международный коллектив ученых под руководством Иосифа Хрипловича (Институт ядерной физики имени Будкера, Новосибирский государственный университет) разработал методы, которые могут позволить обнаружить следы микроскопических черных дыр, пролетающих сквозь Землю, сообщают авторы в препринте своей статьи, выложенном на arXiv.org.

Основным признаком пролета черной дыры, по мнению исследователей, станут порождаемые им звуковые волны, которые можно уловить акустическими детекторами. Кроме того, дыра оставит в земной коре длинный тонкий след в виде трубки из вещества, подвергнувшегося сильному радиационному воздействию. Такие трубки должны сохраняться довольно долго, и их можно надеяться обнаружить геологическим методами.

Черная дыра - объект с исключительно сильным гравитационным притяжением. Любое тело, приблизившееся к черной дыре на расстояние меньше критического (критическое расстояние называется гравитационным радиусом), уже не может покинуть ее область притяжения и, грубо говоря, поглощается ею. Несмотря на это, все черные дыры могут терять массу за счет квантовых эффектов (испарение или излучение Хокинга).

В настоящее время доказано существование двух типов черных дыр: звездных масс и сверхмассивных. Первые являются конечным этапом эволюции тяжелых звезд, имеют массу до нескольких десятков масс Солнца, происхождение вторых до конца не выяснено, их масса может составлять миллиарды масс Солнца. Предполагается, однако, что могут существовать черные дыры и других типов: промежуточной массы (от 500 до 1000 масс Солнца), а также микроскопические.

Теоретического нижнего предела для массы черной дыры не существует. Предполагается, что на ранних стадиях существования Вселенной за счет неоднородности плотности составлявшей ее материи могли возникнуть микроскопические черные дыры. Самые маленькие из них уже должны были испариться, однако некоторые вполне могли дожить до наших дней. Расчеты показывают, что масса таких дыр должна быть не менее пятисот миллионов тонн, а гравитационный радиус - около фемтометра (10^-15 метра). Это означает, что дыры по размеру во много раз меньше атома: радиус атома обычно составляет порядка одной десятой нанометра (10^-10 метра).

Такие черные дыры, иногда называемые первичными или примордиальными, вполне могут пролетать сквозь планеты, в том числе сквозь Землю. За счет ничтожного гравитационного радиуса дыра не поглощает большого количества материи, таким образом, ее прохождение сквозь Землю остается незамеченным. Группа Хрипловича занялась изучением того, как можно было обнаружить пролет такой дыры, движущейся со сверхзвуковой скоростью, сквозь Землю или хотя бы его следы.

Гравитационное взаимодействие приведет к тому, что за время прохождения сквозь Землю дыра излучит около четырех гигаджоулей энергии. Это не очень много, учитывая, что эта энергия будет распределена во времени (полет дыры займет несколько минут) и пространстве (проделанный путь может быть сравним с диаметром Земли, более 12 тысяч километров), но большая ее часть перейдет в звуковые волны с частотой, лежащем в определенном диапазоне. Эти волны можно надеяться уловить акустическими детекторами.

Кроме того, хокинговское излучение тоже приведет к выделению энергии (около тераджоуля), часть которой также перейдет в звук. Вещество же, которое окажется непосредственно на пути черной дыры, подвергнется сильному воздействию радиации, что приведет к заметному изменению его структуры. Возникающие облученные трубки должны сохраняться довольно долго и также могут быть обнаружены.