Нынешняя Вселенная стала результатом взрывов первичных черных дыр — гипотеза

Взрывы микроскопических черных дыр в бурлящем «супе» из кварков и глюонов, какой была Вселенная на заре своего существования, могли сделать ее такой, какой она в итоге стала — с абсолютным преобладанием материи над антиматерией. Такую любопытную гипотезу выдвинули физики-теоретики в препринте на arXiv.

Первичные черные дыры (PBH) — это гипотетические объекты, которые могли образоваться в первые секунды после Большого взрыва, и они сильно отличаются от черных дыр звездной массы, которые мы наблюдаем сегодня. В экстремально плотной среде ранней Вселенной чуть более плотные области могли напрямую схлопываться в черные дыры — от микроскопических до сверхмассивных гигантов.

Мы привыкли считать, что черные дыры поглощают свет и все вокруг, но на самом деле они отдают энергию в окружающее пространство за счет излучения Хокинга. Причем чем меньше черная дыра, тем сильнее она нагревается и тем быстрее испаряется, и к нашему времени небольшие первичные дыры давно должны исчезнуть.

Современная космологическая теория описывает гибель PBH как простое рассеивание их энергии в плазме Вселенной, создающее устойчивое «горячее пятно» в том самом супе из кварков и глюонов. Авторы нового исследования утверждают, что на самом деле смерть черных дыр была куда более бурной и драматичной.

Они смоделировали гидродинамику плазмы вокруг умирающей черной дыры и пришли к выводу, что этот процесс сопровождался ударной волной — то есть PBH порождала релятивистский огненный шар, который стремительно расширялся в окружающий космический «суп».

Статья делит процесс испарения PBH на четыре четкие стадии:

1. пока черная дыра еще относительно массивна, она медленно испаряется, создавая устойчивый расширяющийся пузырь плазмы,
2. сжавшись до малых размеров, она мгновенно высвобождает всю оставшуюся энергию, порождая ультрарелятивистский взрыв, который можно описать в рамках так называемого режима Блэнфорда–Макки,
3. по мере расширения ударная волна захватывает все больше окружающей плазмы и постепенно замедляется, переходя в нерелятивистский режим, описываемый моделью Седова–Тейлора,
4. наконец, энергия и этой волны поглощается окружающей плазмой, и она полностью рассеивается.

Этот механизм может объяснить барионную асимметрию Вселенной — иными словами, наблюдаемое ныне преобладание вещества над антивеществом. В теории, после Большого взрыва они должны были возникнуть в равном количестве и полностью уничтожить друг друга. Такое равновесие обусловлено электрослабой симметрией состояния, в котором объединены электромагнитное и слабое взаимодействия.

С падением температуры плазмы ниже 162 ГэВ электрослабая симметрия нарушается. Авторы полагают, что ударные волны от взрывов PBH могли временно поднимать температуру обратно выше этого порога, образуя «карманы» с восстановленной электрослабой симметрией внутри движущихся пузырьков плазмы, и те, остывая, порождали перекос.

Таким образом, ранняя Вселенная могла формироваться под воздействием мощных взрывов крошечных черных дыр — и все, что мы видим вокруг, включая нас самих, состоит из материи, созданной этими взрывами.