|
Первичные черные дыры создали всю материю
|
|
|
|
Ранняя вселенная настолько далека от нашего понимания того, как устроен мир, что ее трудно описать словами. В те времена космос был заполнен не звездами и галактиками, а кипящим супом из кварков и глюонов, с несколькими микроскопическими черными дырами, время от времени взрывающимися подобно глубинным бомбам. Такова теория ранней вселенной, изложенная в новой статье, доступной в предварительном виде на arXiv, от исследователей из Брюссельского университета Врийе и Массачусетского технологического института.
|
|
|
|
Первичные черные дыры (PBH) являются предметом многих современных исследований. Это гипотетические объекты, которые могли образоваться в первые секунды после Большого взрыва и сильно отличаются от тех типов черных дыр звездной массы, которые мы можем наблюдать сегодня. В чрезвычайно плотной среде после Большого взрыва чуть более плотные области могли бы коллапсировать непосредственно в черные дыры — размером от микроскопических до сверхмассивных гигантов.
|
|
|
|
В этой конкретной исследовательской работе авторы сосредоточились на маломассивных черных дырах. Хотя мы думаем, что черные дыры поглощают свет и все остальное, что возможно, на самом деле они выделяют энергию в пространство вокруг себя. Однако у излучения Хокинга, названного в честь открывшего его физика Стивена Хокинга, есть одна загвоздка. Согласно теории, чем меньше черная дыра, тем горячее она становится и тем быстрее испаряется. PBH, которые весили менее 500 триллионов граммов (что сравнительно мало по меркам черных дыр), к нашему нынешнему времени полностью испарились бы. Но они не уходят тихо в эту спокойную ночь — они уходят с шумом.
|
|
|
|
|
|
|
Современная космологическая теория о гибели PBH предполагает простую диффузию их энергии наружу, в плазму Вселенной, создавая постоянную "горячую точку" в кварк-глюонном супе, из которого состояла ранняя Вселенная. Но, согласно новой статье, реальность того, как умирают черные дыры, была гораздо более жестокой и драматичной. В частности, они наблюдали за гидродинамикой плазмы вокруг умирающей PBH и поняли, что энергия, выделяемая этими микроскопическими черными дырами, была настолько огромной и сфокусированной, что создавала экстремальные градиенты давления.
|
|
|
|
Значительные перепады давления в жидкости (или плазме) могут вызвать ударную волну, и в данном конкретном случае, как полагают исследователи, именно это произошло, когда погибли микроскопические PBH. По сути, умирающий PBH создал релятивистский огненный шар, который быстро распространился в космическом бульоне.
|
|
|
|
Согласно статье, этот процесс испарения PBH можно разделить на четыре отдельные фазы. На первом этапе, пока PBH еще относительно массивен, он медленно испаряется, создавая устойчивый расширяющийся плазменный пузырь. В конце концов, он сжимается до достаточно малого размера, чтобы перейти во вторую фазу, где мгновенно высвобождает оставшуюся энергию, создавая ультрарелятивистский взрыв, который можно смоделировать с помощью системы, известной как режим Блэндфорда-Макки.
|
|
|
|
По мере того как ударная волна распространяется наружу, она захватывает большую часть окружающей плазмы и в конечном итоге замедляется до третьей фазы, которая моделируется с помощью нерелятивистской модели ударной волны, известной как режим Седова-Тейлора. В конечном счете, даже энергия этой ударной волны поглощается окружающей плазмой, по существу, полностью рассеивая ее энергию, когда она переходит в четвертую фазу.
|
|
|
|
Все это прекрасно, но какое отношение к современной космологической физике имеют микроскопические черные дыры, быстро погибавшие в ранней Вселенной? Согласно статье, это может быть ответом на проблему бариогенеза.
|
|
|
|
Бариогенез - это причудливый термин, объясняющий, почему вообще существует физическая материя. Согласно нашим лучшим теориям большого взрыва, материя и антиматерия должны были образоваться в равной степени, что означает, что они также должны были полностью уничтожить друг друга. Но каким-то образом то, что мы сегодня знаем как "материя", каким-то образом выиграло эту войну, которую мы теперь называем бариогенезом, или созданием барионов (субатомных частиц (протонов и нейтронов), из которых состоит обычная материя).
|
|
|
|
Наше лучшее предположение состоит в том, что где-то в ранней Вселенной произошло резкое нарушение теплового равновесия, в результате которого сохранилось больше вещества, чем антивещества. Авторы настоящей статьи указывают на свойство ранней вселенной, называемое электрослабой симметрией, в качестве возможного объяснения. Если бы температура плазмы ранней Вселенной упала ниже 162 ГэВ (и да, космологи измеряют температуру в электрон-вольтах, но это история для другого раза), симметрия РЭБ была бы нарушена.
|
|
|
|
Авторы полагают, что ударные волны от взрывов PBH могли временно поднять температуру выше этого порога, создав очаги симметрии РЭБ внутри движущегося "пузыря" плазмы. Это именно тот механизм нарушения равновесия, который был бы необходим для создания дисбаланса материи и антиматерии во Вселенной, и он настолько интересен, что та же исследовательская группа изучает последствия этого в сопутствующей статье.
|
|
|
|
Короче говоря, согласно этой новой теории, ранняя Вселенная, возможно, была сформирована в результате сильных взрывов крошечных черных дыр и что буквально все, что мы можем видеть во Вселенной, включая нас самих, состоит из материи, созданной этими взрывами. Так что вместо того, чтобы говорить, что мы состоим из звездного вещества, может быть, мы могли бы начать говорить, что мы состоим из ударных волн черных дыр, хотя это звучит не совсем так.
|
|
|
|
Источник
|
