Введение

Ранняя Вселенная была местом, которое трудно представить, и еще труднее понять. В то время, когда космос не был заполнен звездами и галактиками, он представлял собой бурлящий суп, состоящий из кварков и глюонов, с несколькими микроскопическими черными дырами, время от времени взрывающимися как глубинные заряды. В этой статье мы рассмотрим, как первичные черные дыры могли изменить облик ранней Вселенной и даже создать всю известную нам материю.

Что такое первичные черные дыры?

Первичные черные дыры (ПЧД) — это гипотетические объекты, которые могли образоваться в первые секунды после Большого взрыва. Они существенно отличаются от черных дыр, которые мы можем наблюдать сегодня, образованных в результате коллапса массивных звезд. В условиях высокой плотности, существовавших после Большого взрыва, некоторые участки материи могли коллапсировать в черные дыры, размером от микроскопических до сверхмассивных.

Исследование низкомассовых первичных черных дыр

Недавнее исследование, проведенное учеными из Вриже Университета Брюсселя и MIT, сосредоточилось на низкомассовых ПЧД. Хотя черные дыры известны своим свойством поглощать свет и материю, они также излучают энергию в окружающее пространство. Этот процесс называется излучением Хокинга, открытым физиком Стивеном Хокингом. Согласно теории, чем меньше черная дыра, тем горячее она становится и тем быстрее испаряется.

Как черные дыры умирают

ПЧД весом менее 500 триллионов граммов, что считается сравнительно небольшим, полностью испарились к нашему времени. Однако этот процесс не происходит тихо; он заканчивается взрывом. По текущей космологической теории, смерть ПЧД связана с рассеиванием их энергии в плазму Вселенной, создавая «горячую точку» в супе кварков и глюонов. Однако новое исследование предполагает, что процесс был гораздо более драматичным.

Гидродинамика вокруг умирающей черной дыры

Исследователи наблюдали за гидродинамикой плазмы вокруг умирающей ПЧД и пришли к выводу, что высвобожденная энергия была столь мощной и сосредоточенной, что создавала экстремальные градиенты давления. Эти градиенты в плазме могли вызвать ударную волну. По мнению ученых, умирающая ПЧД создавала релятивистский огненный шар, который быстро расширялся в космическом супе.

Четыре фазы испарения черной дыры

Процесс испарения ПЧД можно разделить на четыре основные фазы:

• Первая фаза: Черная дыра медленно испаряется, создавая расширяющийся пузырь плазмы.
• Вторая фаза: При достижении маленького размера черная дыра высвобождает оставшуюся энергию мгновенно, создавая ультра-релятивистский взрыв.
• Третья фаза: Ударная волна расширяется и замедляется, образуя не-релятивистскую ударную волну.
• Четвертая фаза: Ударная волна теряет свою энергию, поглощаясь окружающей плазмой.

Связь с бариогенезом

Как же взрывы микроскопических черных дыр связаны с современными космологическими процессами? Согласно исследованию, это может дать ответ на вопрос о бариогенезе, то есть на то, почему существует физическая материя. Согласно нашим лучшим теориям, материя и антиматерия должны были создаваться в равных количествах, что означало бы их полное уничтожение. Однако, по какой-то причине, то, что мы знаем как «материю», выиграло эту войну.

Роль ранней Вселенной

Исследователи предполагают, что где-то в ранней Вселенной произошло насильственное отклонение от термодинамического равновесия, в результате которого выжило больше материи, чем антиматерии. Они указывают на свойства ранней Вселенной, называемые симметрией электрослабого взаимодействия (EW), как возможное объяснение. Если температура плазмы ранней Вселенной опустилась ниже 162GeV, EW симметрия могла быть нарушена.

Заключение

Таким образом, согласно этой новой теории, ранняя Вселенная могла быть сформирована насильственными взрывами крошечных черных дыр, и, в конечном итоге, именно они стали источником всей материи, которую мы можем наблюдать сегодня, включая нас самих. Исследования в этой области продолжаются, и ученые надеются, что дальнейшие открытия помогут глубже понять природу материи и эволюцию Вселенной.