Могут ли первичные чёрные дыры выдать скрытое измерение

Если чёрная дыра меньше дополнительного измерения, её гравитация в теории может распространяться не только в привычных трёх направлениях пространства. Так рассуждают авторы модели, где пятое измерение имеет размер около микрометра. Но это пока не описание найденного объекта, а условный вывод из конкретной теории. Какие наблюдения могли бы проверить его?

Луис А. Анчордо́ки, Алек Бедроя и Дитер Люст разбирают этот вопрос в статье «Первичные чёрные дыры пятимерны», опубликованной в Physical Review D 28 сентября 2026 года. Работа прошла рецензирование, доступна полностью и распространяется по лицензии CC BY 4.0. Это теоретический анализ: авторы не ищут чёрные дыры в наблюдательном каталоге и не проверяют модель статистически на данных телескопов.

Они рассматривают, как первичные чёрные дыры могли возникнуть в сценарии скрытого измерения. Из трёх обсуждаемых механизмов в подробном анализе остаются фазовые переходы и коллапс петель космических струн; инфляционный сценарий авторы отодвигают в сторону из-за его напряжённости с используемыми ими квантово-гравитационными ограничениями.

Откуда берётся пятое измерение

Модель скрытого измерения предложили Мигель Монтеро, Кумрун Вафа и Ирене Валенсуэла в статье The dark dimension and the Swampland, опубликованной в Journal of High Energy Physics в 2023 году. Это теоретическая работа, основанная на идеях программы «ландшафта и болот» квантовой гравитации и наблюдаемой малости тёмной энергии. Авторы модели предсказывают дополнительное пространственное измерение длиной около 10⁻⁶ м и башню лёгких состояний, включая кандидатов в стерильные нейтрино. Само измерение не обнаружено.

Представить геометрию можно на примере кабеля: издалека он выглядит линией, а муравей на его поверхности может двигаться ещё и вокруг кабеля. Аналогия помогает понять, как дополнительное направление может быть незаметно на больших масштабах. Но расчёт чёрной дыры опирается на физические уравнения и сравнение размера её горизонта с размером дополнительного измерения.

Что именно вывели авторы

В сценарии есть так называемая температура нормальности: ниже неё Вселенную описывают как эффективно четырёхмерную, а размер дополнительного измерения считается стабилизированным. Для микрометрового измерения эта температура составляет примерно 1 гигаэлектронвольт. Что происходило раньше, модель не устанавливает однозначно. Авторы рассматривают возможность эпохи кинетического доминирования, но подчёркивают её условность: «Предполагая, что такая эпоха существовала».

Для чёрных дыр, связанных с фазовыми переходами, расчёт даёт переход от четырёхмерной структуры к пятимерной. Четырёхмерный объект при заданных параметрах становится неустойчивым и проходит неустойчивость Грегори — Лафламма. Для чёрных дыр от коллапса петель космических струн вывод иной: в рамках модели они должны формироваться пятимерными независимо от того, произошёл коллапс до или после температуры нормальности.

Это результат теоретического рассуждения, а не свидетельство того, что такие объекты существуют. В статье вывод ограничен принятой моделью и оговоркой об экзотической новой физике на низких энергиях. Авторы также не представляют каталог первичных чёрных дыр или численную подгонку своей модели к данным KM3NeT либо Fermi.

Нейтрино, гамма-лучи и развилка каналов

Пятимерные чёрные дыры могут испаряться медленнее обычных четырёхмерных. Поэтому некоторые первичные объекты могли бы сохраняться до современной эпохи. Для части чёрных дыр от космических струн авторы допускают время жизни, сопоставимое с возрастом Вселенной, около 13,8 млрд лет.

На этом основании они обсуждают возможную связь с высокоэнергичным нейтрино, зарегистрированным коллаборацией KM3NeT. Энергия события близка к масштабу, который модель связывает с поздней стадией испарения. Но статья говорит лишь о потенциальном объяснении: если время жизни чёрных дыр немного меньше возраста Вселенной или сопоставимо с ним, они могли бы быть источником такого нейтрино. Совпадения энергетического масштаба одного события недостаточно, чтобы установить его происхождение.

Особенно важен способ распада. Если чёрная дыра излучает частицы в объём дополнительного измерения, фотонного сигнала может не быть. Если же излучаются кварки и глюоны, их адронизация может породить нейтральные пионы, распадающиеся на фотоны. Поэтому отсутствие гамма-излучения не является общим предсказанием всякой пятимерной чёрной дыры. Оно относится к определённому каналу распада.

Отдельная работа Луиса А. Анчордо́ки и Кумруна Вафы предлагает ещё одну условную цепочку: долгоживущие пятимерные чёрные дыры испаряются в тяжёлые нейтрино, которые затем распадаются на частицы Стандартной модели и могут дать гамма-излучение. В препринте на arXiv, поданном 10 октября 2026 года, авторы допускают, что такой механизм может объяснить избыток гамма-излучения, наблюдаемый телескопом Fermi. Это препринт, а не рецензированная публикация; представленные материалы не содержат независимого анализа данных Fermi, который сравнивал бы это объяснение с астрофизическими источниками.

Телескоп Fermi действительно наблюдает гамма-лучи в диапазоне от 8 кэВ до более чем 300 ГэВ, но возможности прибора не подтверждают происхождение конкретного избытка. Проверка потребовала бы сопоставить спектр, распределение сигнала по небу и ожидаемый вклад других каналов с заранее рассчитанными предсказаниями модели.

Какие наблюдения могли бы различить гипотезы

Один нейтринный сигнал или избыток гамма-лучей допускает слишком много объяснений. Гипотеза станет различимой, если несколько независимых признаков сложатся в согласованную картину:

• Распределение масс и времени жизни должно допускать, что часть первичных чёрных дыр сохраняется почти до нынешней эпохи, а часть испаряется сейчас.
• Энергетические спектры нейтрино и гамма-излучения должны совпадать с расчётами для выбранного канала распада, а не просто укладываться в широкий диапазон возможных значений.
• Сопутствующий фотонный сигнал должен соответствовать механизму: слабый или отсутствующий при распаде в объём, ожидаемый при канале с адронизацией.
• Пространственное распределение событий должно быть совместимо с предполагаемым распределением популяции чёрных дыр.
• Одна и та же популяция объектов должна согласовываться с ограничениями на тёмную материю и космологические фоны.
• Предсказания следует проверять на новых событиях по критериям, заданным до их обнаружения, а не подбирать объяснение задним числом.

Это пример того, как абстрактную гипотезу связывают с измеряемыми признаками. Подробнее о таком переходе можно прочитать в материале об операционализации понятий и показателей.

Что можно заключить сейчас

Рецензирование означает, что статью оценили специалисты журнала, но не превращает её в экспериментальное подтверждение. Авторы прямо указывают, что общедоступных исследовательских данных и программ, подтверждающих рукопись, нет. Для теоретической работы это не необычно, однако подчёркивает границу результата: расчёт показывает, что следует из допущений модели, а не что уже найдено в природе.

Сама модель скрытого измерения тоже остаётся гипотезой. Её выводы зависят от предполагаемого размера измерения, температуры нормальности, квантово-гравитационных ограничений и возможной ранней эпохи кинетического доминирования. Авторы отдельно оставляют исключение для экзотической низкоэнергетической физики.

Пока ни первичные пятимерные чёрные дыры, ни скрытое измерение не обнаружены. Теория предлагает возможную цепочку от ранней Вселенной к позднему испарению, нейтрино и гамма-излучению. Проверить её можно будет не совпадением одного события, а согласованием спектров, каналов распада и космологических ограничений.

Источники

1. Anchordoqui L. A., Bedroya A., Lüst D. Primordial black holes are five dimensional. Physical Review D, 2026, 114, 063551. DOI: 10.1103/g12h-93th.
2. Montero M., Vafa C., Valenzuela I. The dark dimension and the Swampland. Journal of High Energy Physics, 2023, article 22. DOI: 10.1007/JHEP02(2023)022.
3. Anchordoqui L. A., Vafa C. Cosmology & Astrophysics of the Dark Dimension with Bulk Majorana Neutrinos. Препринт arXiv:2610.15209, 2026. Страница работы на arXiv.
4. NASA. Fermi Gamma-ray Space Telescope. Страница миссии.

Фото: Der_ Hördt / Pexels