Чи могли вибухи первинних чорних дірок створити матерію, з якої складається наш Всесвіт?
Однією з найглибших загадок космології є питання, чому ми взагалі існуємо. Згідно зі стандартною моделлю фізики, Великий вибух повинен був породити рівну кількість матерії та антиматерії. Оскільки ці дві речовини анігілюють при контакті одна з одною, ідеально збалансований Всесвіт перетворився б на чисту енергію, залишивши по собі лише порожнечу, позбавлену зірок, планет та життя.
Однак наш Всесвіт складається переважно з матерії. Нові дослідження припускають, що антиматерію, що «зникла», могла поглинути серія потужних вибухів крихітних древніх чорних дірок.
Загадка космічної асиметрії
Щоб зрозуміти значущість цієї теорії, необхідно дати раду «проблемі анігіляції». У симетричному Всесвіті у кожної частинки матерії має бути відповідна їй античастка. Під час їхньої зустрічі вони зникають, перетворюючись на енергію. Щоб матерія змогла домінувати, мав існувати якийсь механізм — свого роду «перекіс» на терезах, який дозволив би матерії вижити у більшій кількості, ніж антиматерії.
Фізик Олександра Кліпфель нещодавно представила переконливу гіпотезу на Глобальному саміті з фізики Американського фізичного товариства: саме первинні чорні діри могли забезпечити цей перекіс.
Як крихітні чорні діри могли «переважити чашу терезів»
На відміну від надмасивних чорних дірок, що у центрах галактик, ці гіпотетичні первинні чорні діри мали сформуватися з коливань щільності відразу після Великого вибуху.
Пропонований механізм працює наступним чином:
- Формування: Ці крихітні чорні діри, кожна масою приблизно з невеликий автомобіль (близько 1000 кг), утворилися всередині кварк-глюонної плазми — надгарячого і щільного «супу», що існував ще до появи протонів і нейтронів.
- Випарювання: Завдяки процесу, відомому як випромінювання Хокінга, ці чорні дірки поступово втрачали масу, випромінюючи енергію в навколишнє середовище.
- Вибух: Всього через одну десяту мільярдної частки секунди після Великого вибуху ці чорні дірки мали повністю випаруватися в результаті потужних вибухів, посилаючи масивні ударні хвилі крізь кварк-глюонну плазму.
Роль ударних хвиль і механізм Хіггса
Ключ до цієї теорії полягає у «різкості» ударних хвиль, створюваних цими вибухами. У плавному, однорідному Всесвіті процеси матерії та антиматерії залишалися б у рівновазі, взаємно знищуючи один одного. Однак ударна хвиля створює раптову, різку межу між двома різними середовищами.
- Всередині ударної хвилі: Температура була б настільки екстремальною, що частинки не мали б маси, оскільки механізм Хіггса (процес, що наділяє частинки масою через бозон Хіггса) не може функціонувати за таких надвисоких температур.
Зовні ударної хвилі: Температура була б нижчою, що дозволило б часткам знайти масу.
Коли частки перетинали цей кордон, раптова зміна їх фізичних властивостей, зокрема маси, могла запустити процес, що сприятиме виробництву або виживанню матерії на шкоду антиматерії. У міру розширення ударної хвилі цей надлишок матерії закріплювався, згодом стаючи будівельним матеріалом космосу.
Прихована історія
Ця теорія пропонує потенційний спосіб вивчити явище, яке б інакше залишилося невидимим. Як зазначає фізик-теоретик Люсьєн Ертіє, первинні чорні дірки неймовірно важко виявити, бо вони давно зникли; вони жили і загинули в перші миті існування часу.
Якщо ця гіпотеза вірна, то існування нашого матеріального світу — це не космічна випадковість, а результат масштабної, скоординованої серії «феєрверків», що сталися на світанку часів.
Якщо первинні чорні діри були відповідальні за дисбаланс матерії та антиматерії, то насильницька загибель цих крихітних об’єктів була не просто кінцем, а необхідним початком того впорядкованого Всесвіту, в якому ми живемо сьогодні.
