Een van de meest diepgaande mysteries in de kosmologie is waarom we überhaupt bestaan. Volgens het standaardmodel van de natuurkunde had de oerknal gelijke hoeveelheden materie en antimaterie moeten produceren. Omdat deze twee substanties elkaar bij contact vernietigen, zou een perfect uitgebalanceerd universum niets anders hebben opgeleverd dan pure energie, waardoor er een leegte zou zijn achtergebleven zonder sterren, planeten of leven.
Ons universum bestaat echter voor het overgrote deel uit materie. Nieuw onderzoek suggereert dat de ‘ontbrekende’ antimaterie mogelijk is overwonnen door een gewelddadige reeks explosies van kleine, oude zwarte gaten.
Het mysterie van kosmische asymmetrie
Om de betekenis van deze theorie te begrijpen, moet men het ‘vernietigingsprobleem’ begrijpen. In een symmetrisch universum zou elk materiedeeltje een corresponderend antideeltje hebben. Wanneer ze elkaar ontmoeten, verdwijnen ze in energie. Om materie te kunnen domineren, moest er een mechanisme zijn – een ‘kanteling’ van de weegschaal – waardoor meer materie kon overleven dan antimaterie.
Natuurkundige Alexandra Klipfel presenteerde onlangs een overtuigende hypothese op de Global Physics Summit van de American Physical Society: “oorspronkelijke zwarte gaten** kunnen voor die kanteling hebben gezorgd.
Hoe kleine zwarte gaten “de weegschaal konden doen kantelen”
In tegenstelling tot de superzware zwarte gaten die in de centra van sterrenstelsels worden aangetroffen, zouden deze hypothetische oorspronkelijke zwarte gaten zijn ontstaan uit dichtheidsschommelingen in de onmiddellijke nasleep van de oerknal.
Het voorgestelde mechanisme werkt als volgt:
- Vorming: Deze kleine zwarte gaten, elk ruwweg de massa van een kleine auto (ongeveer 1.000 kg), werden gevormd in het quark-gluonplasma – de ultrahete, dichte ‘soep’ die bestond voordat protonen en neutronen zelfs maar werden gevormd.
- Verdamping: Door een proces dat bekend staat als Hawkingstraling zouden deze zwarte gaten gestaag massa hebben verloren en energie naar hun omgeving hebben uitgestraald.
- De explosie: Binnen slechts een tiende van een miljardste van een seconde na de oerknal zouden deze zwarte gaten volledig zijn verdampt in gewelddadige explosies, waardoor enorme schokgolven door het quark-gluonplasma zouden worden gestuurd.
De rol van schokgolven en het Higgs-mechanisme
De sleutel tot deze theorie ligt in de ‘scherpte’ van de schokgolven die door deze explosies worden veroorzaakt. In een glad, uniform universum zouden materie- en antimaterieprocessen in evenwicht blijven en elkaar opheffen. Een schokgolf creëert echter een plotselinge, gewelddadige grens tussen twee verschillende omgevingen.
- Binnen de schokgolf: De temperaturen zouden zo extreem zijn dat deeltjes massa zouden missen omdat het Higgs-mechanisme (het proces dat deeltjes massa geeft via het Higgs-deeltje) niet kan functioneren bij zulke hoge temperaturen.
- Buiten de schokgolf: De temperaturen zouden lager zijn, waardoor deeltjes massa zouden kunnen verwerven.
Toen deeltjes deze grens overschreden, had de plotselinge verandering in hun fysieke eigenschappen – met name hun massa – een proces kunnen veroorzaken dat de productie of het voortbestaan van materie ten opzichte van antimaterie bevorderde. Naarmate de schokgolf zich uitbreidde, zou deze overmaat aan materie ‘opgesloten’ zijn geweest en uiteindelijk de bouwstenen van de kosmos vormen.
Een verborgen geschiedenis
Deze theorie biedt een potentiële manier om een fenomeen te bestuderen dat anders onzichtbaar is gebleven. Zoals theoretisch natuurkundige Lucien Heurtier opmerkt, zijn oorspronkelijke zwarte gaten ongelooflijk moeilijk te detecteren omdat ze al lang verdwenen zijn; ze leefden en stierven in de vroegste momenten van de tijd.
Als deze hypothese juist is, is het bestaan van onze materiële wereld geen kosmisch ongeluk, maar het resultaat van een enorme, gecoördineerde reeks ‘vuurwerk’ die plaatsvond aan het begin der tijden.
Als oorspronkelijke zwarte gaten verantwoordelijk waren voor de onevenwichtigheid tussen materie en antimaterie, dan was de gewelddadige dood van deze kleine objecten niet alleen het einde, maar het noodzakelijke begin van het gestructureerde universum waarin we vandaag de dag leven.
