Взрывы чёрных дыр создали всю материю во Вселенной

Почему во Вселенной вообще есть материя? Почему после Большого взрыва вещество не уничтожило само себя? Новое исследование учёных из Брюссельского свободного университета и MIT предлагает неожиданный ответ: всему виной крошечные чёрные дыры, которые взрывались в самом начале существования Вселенной.

Сразу после Большого взрыва Вселенная представляла собой раскалённый «суп» из мельчайших частиц — кварков и глюонов. В этой среде могли рождаться так называемые первичные чёрные дыры — объекты, не похожие на те чёрные дыры, которые возникают из умирающих звёзд сегодня. Первичные чёрные дыры образовывались прямо из сверхплотного вещества ранней Вселенной и могли быть совсем крошечными — буквально микроскопическими.

Здесь в игру вступает открытие Стивена Хокинга: чёрные дыры не поглощают всё бесследно, они медленно «испаряются», теряя энергию. Причём чем меньше чёрная дыра, тем быстрее она исчезает — и тем более жесткий конец её ждёт. Лёгкие первичные чёрные дыры (весом меньше 500 триллионов граммов — ничтожно мало по меркам космоса) успели полностью испариться ещё в далёком прошлом. Но, согласно новой работе, они делали это не тихо, а со взрывом.

Раньше считалось, что умирающая чёрная дыра просто рассеивает свою энергию в окружающую плазму равномерно, создавая нечто вроде локального «горячего пятна». Авторы исследования показали, что картина была куда более драматичной. Энергия, высвобождаемая при гибели микроскопической чёрной дыры, была настолько огромной и сконцентрированной, что порождала мощнейшие ударные волны — почти как взрыв глубинной бомбы в океане из частиц.

Учёные описали гибель первичной чёрной дыры как четырёхфазный процесс: сначала медленное испарение с образованием расширяющегося пузыря плазмы, затем мгновенный выброс остатков энергии в виде сверхбыстрой ударной волны, потом постепенное замедление этой волны по мере столкновения с окружающей материей, и наконец — полное растворение энергии в космическом «супе».

Но самое интригующее — возможная связь этих взрывов с одной из главных загадок физики. По теории Большого взрыва, материи и антиматерии должно было родиться поровну, а значит, они должны были полностью уничтожить друг друга. Тем не менее мы существуем — а значит, материи оказалось чуть больше. Почему?

Авторы исследования предполагают, что ударные волны от взрывов первичных чёрных дыр могли на мгновение разогревать окружающую плазму выше критической температуры, нарушая тепловое равновесие в локальных пузырях пространства. Именно такое нарушение равновесия, согласно современным моделям, необходимо для того, чтобы материя «победила» антиматерию. Иными словами, все атомы нашего тела, каждая звезда и галактика могут быть наследием тех древних взрывов.

Работа пока опубликована в формате препринта на платформе arXiv и ждёт рецензирования научным сообществом. Та же группа исследователей уже готовит продолжение — с детальным анализом того, как именно эти взрывы могли повлиять на баланс материи и антиматерии во Вселенной.