Ранняя Вселенная настолько выходит за пределы нашего понимания устройства мира, что её трудно описать словами. Тогда космос был заполнен не звездами и галактиками, а кипящим «бульоном» из кварков и глюонов, с добавлением нескольких микроскопических черных дыр, которые время от времени взрывались, словно глубинные бомбы. Такой была ранняя Вселенная, описанная в новой статье исследователей из Свободного университета Брюсселя и Массачусетского технологического института.
Энергия первичных черных дыр
Первичные черные дыры (ПЧД) являются предметом многих современных исследований. Это гипотетические объекты, которые, как полагают, образовались в первые секунды после Большого взрыва и значительно отличаются от черных дыр звездной массы, которые мы можем наблюдать сегодня. В очень плотной среде после Большого взрыва более плотные участки могли коллапсировать непосредственно в черные дыры — размерами от микроскопических до сверхмассивных гигантов.
В данной конкретной научной статье авторы сосредоточились на первичных черных дырах с малой массой. Хотя мы представляем черные дыры как объекты, поглощающие свет и все остальное, на самом деле они излучают энергию в окружающее пространство. Однако в излучении Хокинга, названном в честь открывшего его физика Стивена Хокинга, есть одна особенность. Согласно теории, чем меньше черная дыра, тем горячее она становится и тем быстрее испаряется. Черные дыры с массой менее 500 триллионов граммов (что сравнительно мало по меркам черных дыр) до наших дней должны полностью испариться. Но они исчезают с громким взрывом.
Современная космологическая теория о гибели сверхмассовых черных дыр предполагает просто рассеяние их энергии в сторону космической плазмы, что создает устойчивую «горячую точку» в кварк-глюонном «супе», из которого состояла ранняя Вселенная. Однако, согласно новой статье, на самом деле гибель черных дыр была гораздо более бурной и драматичной. В частности, ученые наблюдали за гидродинамикой плазмы вокруг умирающей ПЧД и поняли, что энергия, высвобожденная этими микроскопическими черными дырами, была столь огромна и сконцентрирована, что создавала экстремальные градиенты давления.
Значительные перепады давления в жидкости или плазме могут вызывать ударные волны, и именно это, по мнению ученых, произошло в тот момент, когда испарялись микроскопические первичные черные дыры (ПЧД). По сути, такая черная дыра в конце своего существования порождала релятивистский огненный шар, который стремительно расширялся наружу в первоначальный космический «суп».
Распространение ударной волны взрыва ПЧД
Согласно этой статье, процесс испарения первичной черной дыры можно разделить на четыре отдельные фазы. На первой из них, когда первичная черная дыра еще имеет относительно большую массу, она медленно испаряется, образуя стабильный расширяющийся плазменный пузырь. Со временем ее размеры уменьшаются настолько, что она переходит во вторую фазу, во время которой почти мгновенно высвобождает остаточную энергию, порождая ультрарелятивистский взрыв. Именно этот этап можно описать с помощью модели, известной как режим Бландфорда — Макки.
По мере того как ударная волна распространяется наружу, она захватывает все больше окружающей плазмы и замедляется, переходя в третью фазу, которая моделируется с помощью нерелятивистской модели ударной волны, известной как режим Седова — Тейлора. В конце концов, энергия даже этой ударной волны поглощается окружающей плазмой и практически полностью рассеивает свою энергию, переходя в четвертую фазу.
Микроскопические черные дыры и создание теории «бариогенеза»
Это все хорошо, но какое отношение имеют бурно погибающие в ранней Вселенной микроскопические черные дыры к современной космологической физике? Согласно этой статье, это может быть именно тем ответом на вопрос о бариогенезе.
«Бариогенез» — это научный термин, объясняющий, почему вообще существует физическая материя. Согласно нашим лучшим теориям Большого взрыва, материя и антиматерия должны образоваться в равном количестве — а это значит, что они также должны полностью уничтожить друг друга. Но каким-то образом то, что мы сегодня знаем как «материя», выиграло эту войну, и именно это мы сейчас называем бариогенезом или созданием барионов (субатомных частиц (протонов и нейтронов), из которых состоит обычная материя).
Авторы полагают, что ударные волны, порожденные взрывами первичных черных дыр, могли временно повышать температуру выше этого порога, образуя в движущемся плазменном «пузыре» области электрослабой симметрии. Именно такой механизм, действующий в неравновесных условиях, мог бы быть необходимым для возникновения дисбаланса между материей и антиматерией во Вселенной. Идея настолько интересна, что та же исследовательская группа уже изучает ее последствия в отдельной сопутствующей статье.
Короче говоря, согласно этой новой теории, ранняя Вселенная могла сформироваться в результате мощных взрывов крошечных черных дыр, и буквально все, что мы видим во Вселенной, включая нас самих, состоит из материи, созданной этими взрывами. Поэтому вместо того, чтобы говорить, что мы созданы из звездной материи, возможно, мы можем начать говорить, что мы созданы из ударных волн черных дыр.
По материалам phys.org
