Ранняя Вселенная была совершенно иной, чем та, которую мы наблюдаем сегодня. В ней отсутствовали звезды, галактики и планеты — существовала лишь бурлящая плазма из кварков и глюонов, то есть мельчайших частиц, из которых впоследствии возникли протоны и нейтроны.
В этом первичном «супе» образовывались крошечные черные дыры, которые выбрасывали в окружающую среду ударные волны. Такую картину описывают ученые Свободного университета Брюсселя и MIT в своей новой работе. Речь идет о первичных черных дырах — гипотетических объектах, которые могли возникнуть в первые моменты после Большого взрыва. В отличие от обычных черных дыр, образующихся при коллапсе звезд, первичные могли иметь почти любые размеры — от микроскопических до колоссальных. Авторы сосредоточились на самых легких из них.
Черные дыры рассматриваются как абсолютные «поглотители», однако согласно теории Стивена Хокинга они все же излучают энергию и постепенно теряют свою массу. Чем меньше черная дыра, тем быстрее и горячее она испаряется. Первичные черные дыры массой менее примерно 500 триллионов граммов должны были полностью исчезнуть к настоящему времени. Но, как предполагают авторы исследования, их исчезновение было далеко не тихим.
Ранее считалось, что их энергия просто равномерно рассеивается в окружающей плазме. Однако расчеты показали гораздо более драматичный сценарий. Когда такая микроскопическая черная дыра приближалась к концу своего существования, она вызывала очень сильные перепады давления в плазме. Это, в свою очередь, порождало ударную волну — своего рода релятивистский огненный шар, быстро расширяющийся в первичной Вселенной.
Ученые выделяют четыре этапа этого процесса: сначала — медленное испарение и формирование пузыря горячей плазмы, затем — мгновенный выброс оставшейся энергии и сверхбыстрый взрыв, после чего ударная волна замедляется, захватывая окружающее вещество, и в конечном итоге полностью рассеивается.
Почему исследование этих процессов так критично для современной космологии? Ученые считают, что такие взрывы могут объяснить одну из главных тайн физики — почему во Вселенной вообще существует обычная материя. Согласно законам ранней космологии, материя и антиматерия должны были возникнуть в равных количествах и полностью уничтожить друг друга. Но этого не произошло: по какой-то необъяснимой причине «победила» материя.
Авторы работы предполагают, что ударные волны от испаряющихся черных дыр могли локально нарушать тепловое равновесие и временно восстанавливать особое состояние ранней Вселенной, связанное с электрослабой симметрией. Именно такие условия неравновесия, по мнению физиков, могли создать избыток материи над антиматерией.
Пока это всего лишь гипотеза, но если дальнейшие исследования подтвердят ее правильность, то вся материя во Вселенной — включая нас самих — обязана своим существованием взрывам крошечных черных дыр в первые моменты космической истории.
Фото: hi-tech.mail.ru