Генерация гамма-всплесков при испарении первичных чёрных дыр

Считается, что в обозримом будущем регистрация всплесков гамма-излучения от испаряющихся первичных чёрных дыр крайне маловероятна, так как ожидаемый поток излучения (состоящий, в основном, из фотонов с энергиями > 1 ГэВ) слишком мал. Вопреки этой точке зрения, нами показано, что на финальной стадии (последние 10³ с) испарения первичных чёрных дыр значительная часть энергии покоя чёрной дыры может высвобождаться в виде всплеска мягкого гамма-излучения с длительностью 10^-1 - 10³ с и светимостью 10²⁸ - 10³¹ эрг/с в диапазоне энергий 0,1-1 МэВ. Согласно проведённым расчётам скорости испарения чёрной дыры (в рамках Стандартной модели элементарных частиц), как только температура чёрной дыры превышает примерно 10 ГэВ, поток заряженных частиц от дыры является плазмой и может быть описан в гидродинамическом приближении. В этих условиях наличие магнитного поля с плотностью энергии, сравнимой с плотностью энергии заряженных частиц в потоке неравновесной и анизотропной плазмы, может привести к трансформации более половины энергии покоя чёрной дыры в энергию мягкого гамма-излучения. Рассмотрены различные механизмы, приводящие к такой трансформации, и получены оценки их эффективности. Показано, что, по крайней мере, часть гамма-всплесков, регистрируемых детектором BATSE, может быть обусловлена испаряющимися чёрными дырами.

It is now accepted that within the Standard Model of particles the evaporating primordial black holes cannot produce the detectable gamma-ray bursts because the expected photon flux from black-hole explosions is too weak, and consists mainly of GeV photons. Contrary to this verdict, we put forward a scenario, in which a large fraction of the black-hole power at the final stage of evaporation (the last 10³ s) is converted into the soft γ-ray photons, producing a burst of duration 10^-1 - 10³ s and luminosity 10²⁸ - 10³¹ erg/s. Namely, we show that when the black-hole temperature exceeds = 10 GeV, the charged particle outflow from a black hole forms a well-defined plasma and the magnetohydrodynamical regime of expansion may be realized. In this case the kinetic energy of particles may be converted into the soft γ-rays due to the synchrotron radiation and electromagnetic cascade in the close-to-equipartition turbulent magnetic field. We show that some of the gamma-ray bursts detected by BATSE can be associated with evaporating black holes.