Среди этого первичного «супа» вспыхивали крошечные черные дыры, выбрасывая в окружающую среду ударные волны. Именно такую картину описывают специалисты Свободного университета Брюсселя и MIT в своей новой работе. Речь идет о первичных черных дырах — гипотетических объектах, которые могли образоваться в первые мгновения после Большого взрыва. В отличие от обычных черных дыр, которые возникают при коллапсе звезд, первичные могли быть практически любых размеров — от микроскопических до гигантских. Авторы сосредоточились на самых легких из них.
Черные дыры принято считать абсолютными «поглотителямии», однако, согласно теории Стивена Хокинга они все же испускают излучение и постепенно теряют при этом 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 нашему времени. Но, как предполагают авторы исследования, исчезали они совсем не тихо.
До сих пор считалось, что их энергия просто более-менее равномерно рассеивалась в окружающей плазме. Однако расчеты показали куда более драматичный сценарий. Когда такая микроскопическая черная дыра подходила к финалу своей жизни, она создавала чрезвычайно сильные перепады давления в плазме. А это, в свою очередь, должно было порождать ударную волну — своего рода релятивистский огненный шар, быстро расширявшийся в первичной Вселенной.
Ученые описывают четыре стадии этого процесса: сначала — медленное испарение и образование пузыря горячей плазмы, затем — мгновенный выброс оставшейся энергии и сверхбыстрый взрыв, после чего ударная волна замедляется, захватывая окружающее вещество, и в конце концов полностью рассеивается.
Почему изучение этих процессов так важно для современной космологии? Ученые предполагают, что такие взрывы помогут объяснить одну из главных загадок физики — почему во Вселенной вообще существует обычное вещество. По законам ранней космологии материя и антиматерия должны были родиться 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 лишь гипотеза, но, если дальнейшие исследования докажут ее правоту, значит, вся материя во Вселенной — в том числе мы сами — обязана своим существованием взрывам крошечных черных дыр в первые мгновения космической истории.
Ранее ученые выяснили, откуда взялось темное излучение во Вселенной.