В первые доли секунды после Большого взрыва космос напоминал не столько величественную пустоту, сколько кипящий котел с кварками и глюонами, в который кто-то щедро набросал микроскопических «глубинных бомб». Команда физиков рассчитала, что предсмертные взрывы первичных черных дыр могли запустить механизм, создавший ту самую материю, из которой состоим мы с вами. И это было очень, очень жестко.
Строго говоря, физики не утверждают, что черные дыры произвели массу из ниоткуда. Они предложили оригинальное решение одной из главных проблем современной космологии — бариогенеза (или проблемы асимметрии материи и антиматерии).
По законам Стандартной модели, в момент Большого взрыва материя и антиматерия должны были образоваться в равных пропорциях. Логичный итог такого равноправия — полная аннигиляция. Они должны были уничтожить друг друга, оставив после себя лишь скучный, пустой океан фотонов.
Но мы существуем, а значит, в какой-то момент произошел «перекос». На каждый миллиард частиц антиматерии пришелся миллиард и одна частица обычной материи. Откуда взялась эта лишняя «капля», перевесившая чашу весов — величайшая загадка науки. Обычно теоретики ищут ответ в сложных мутациях полей или изобретают экзотические частицы. Но авторы нового исследования пошли другим путем. Главные герои их теории — первичные черные дыры (ПЧД) с низкой массой.
Это гипотетические объекты, которые не имеют ничего общего с гигантскими черными дырами, образующимися при коллапсе звезд. ПЧД могли схлопнуться прямо из случайных сверхплотных сгустков энергии в первые мгновения жизни Вселенной. Исследователей интересовали черные дыры-«малыши» массой от 100 до 100 000 тонн. По космическим меркам это даже не пылинки, а ничтожно малые крупицы.
Как завещал Стивен Хокинг, черные дыры не вечны. Они понемногу «испаряются», испуская так называемое излучение Хокинга. И здесь работает контринтуитивное правило: чем меньше черная дыра, тем она горячее и тем быстрее теряет массу.
До сих пор космологи считали, что такие легкие ПЧД умирали относительно мирно: просто растворяли свою энергию в окружающей кварк-глюонной плазме, создавая диффузные «теплые местечки». Но физики из США и Бельгии (Александра Клипфель, Дэвид Кайзер, Мигель Ванвласселаер и Сократис Трифинопулос) впервые детально смоделировали релятивистскую гидродинамику этого процесса. Выяснилось, что финал жизни микро-дыры больше похож не на медленное угасание углей, а на детонацию сверхновой в миниатюре.
Когда масса ПЧД достигает критически малых значений, испарение переходит в фазу неудержимого разгона. В свои последние мгновения дыра не просто «пыхтит», а выбрасывает колоссальное количество энергии, создавая релятивистский огненный шар. Этот шар на огромной скорости врезается в окружающую плазму, порождая в ранней Вселенной мощнейшие ударные волны.
Ударная волна от взорвавшейся черной дыры настолько сильно разогревает и сжимает плазму, что локально происходит невероятное — «сброс до заводских настроек» Вселенной.
В физике это называется локальным восстановлением электрослабой симметрии. В нашем холодном современном мире электромагнетизм и слабое ядерное взаимодействие — это разные, независимые силы. Но при экстремальных температурах они сливаются в одну. Ударная волна от ПЧД создает за собой расширяющийся микро-«пузырь» перегретого флюида, внутри которого эта первозданная симметрия временно восстанавливается.
А дальше стенка этого пузыря (ударная волна и следующая за ней волна разрежения) на огромной скорости несется сквозь плазму. И именно на границах этого пузыря, где симметрия то ломается, то восстанавливается заново, начинают происходить процессы с нарушением CP-инвариантности.
Говоря простыми аналогиями: движущаяся стена ударной волны работает как агрессивная сортировочная фабрика. Пропуская через себя плазму, она конвертирует хиральные квантовые заряды в барионное число, отдавая жесткое предпочтение созданию обычной материи перед антиматерией.
Расчеты ученых показывают, что предсмертных «хлопков» таких черных дыр вскоре после завершения электрослабого фазового перехода было бы вполне достаточно, чтобы обеспечить Вселенную той самой необходимой асимметрией. Нам не нужны сложные надстройки над Стандартной моделью — достаточно лишь добавить небольшое CP-нарушение на масштабе ТэВ, а всю «грязную работу» по созданию материи сделают взрывные ударные волны.
Поскольку дыры были крошечными, все они без остатка взорвались задолго до того, как Вселенной исполнилась хотя бы секунда (до начала первичного нуклеосинтеза). Найти их напрямую уже не выйдет.
Но авторы обнадеживают: столь бурные процессы гидродинамических взрывов и образование огромного количества микро-пузырей не могли пройти бесследно. Они должны были породить специфический стохастический фон высокочастотных гравитационных волн. Если детекторы гравитационных волн следующего поколения смогут уловить эту рябь пространства-времени, у нас появится прямое доказательство того, что вся наша уютная Вселенная — это результат синхронного подрыва миллиардов невидимых гравитационных бомб.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Черные дыры это квантовые компьютеры
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.