Чи поглинули чорні діри антиматерію Всесвіту?
Існування нашого Всесвіту залежить від фундаментального дисбалансу: чому матерії настільки багато, а антиматерії так мало? Згідно з загальноприйнятою теорією, Великий вибух повинен був створити рівну кількість і того, і іншого, що призвело б до їх анігіляції, залишивши після себе лише порожнечу. Але ми тут. Фізики давно намагаються пояснити цю асиметрію, і нова теорія пропонує дивовижного винуватця: первинні чорні діри – гіпотетичні залишки ранніх моментів існування Всесвіту.
Проблема антиматерії
Стандартна модель фізики частинок передбачає, що матерія та антиматерія повинні були бути створені в рівних кількостях під час Великого вибуху. При зіткненні ці частинки анігілюють одна одну, перетворюючись на чисту енергію. Це означає, що якби Всесвіт почався з ідеального балансу, то зараз він повинен бути позбавлений складних структур, таких як галактики, зірки або навіть життя. Той факт, що ми існуємо, говорить про те, що “щось” мало схилити чашу терезів на користь матерії.
Гіпотеза про чорні діри
Нікодем Поплавський, теоретичний фізик з Університету Нью-Хейвена, припускає, що крихітні первинні чорні діри, що народилися відразу після Великого вибуху, вибірково поглинали антиматерію. Ці чорні діри, що утворилися з екстремальних коливань щільності, могли б діяти як гравітаційні «поглиначі», переважно захоплюючи більш важкі античастинки через їхню меншу швидкість.
«Асиметрія маси і, як наслідок, асиметрія захоплення чорними дірками призвели до дисбалансу матерії та антиматерії у Всесвіті, що спостерігається, не порушуючи збереження баріонного числа і не вимагаючи нової фізики за межами Стандартної моделі», – стверджує Поплавський.
Як це могло працювати
Теорія спирається на два ключові моменти. По-перше, античастинки трохи масивніші за свої матерійні аналоги. По-друге, що повільніше рухається частка, то вище ймовірність її захоплення гравітацією чорної діри. Ця комбінація дозволила б первинним чорним дірам поглинати антиматерію швидше, ніж матерію, поступово зменшуючи її присутність у ранньому Всесвіті.
Наслідки для раннього зростання чорних дірок
Ця гіпотеза також вирішує ще одну космологічну загадку: несподівано швидке збільшення маси надмасивних чорних дірок у ранньому Всесвіті. Космічний телескоп Джеймса Вебба виявив цих гігантів, які існували лише через 500 мільйонів років після Великого вибуху, що набагато раніше, ніж вважалося раніше можливим. Поплавський припускає, що, насичуючись антиматерією, первинні чорні дірки могли досягти величезних розмірів набагато швидше, ніж за звичайної акреції.
«Первинні чорні діри поглинали більше антиматерії, ніж матерії, і оскільки антиматерія була набагато важчою за матерію, первинні чорні діри надзвичайно збільшили свою масу», – пояснює Поплавський.
Попереду
Нині існування первинних чорних дірок залишається гіпотетичним. Виявлення їх є серйозною проблемою, оскільки вони існували в епоху, яку надзвичайно важко спостерігати. Майбутні експерименти, що включають гравітаційні хвилі або нейтрино виявлення, можуть запропонувати шлях до перевірки. Крім того, точні вимірювання різниці в масі матерії та антиматерії при екстремальних густинах можуть надати додаткові докази.
Ця теорія пропонує переконливе, хоч і спекулятивне, рішення однієї з найглибших загадок космології. Якщо вона підтвердиться, то вона перепише наше розуміння того, як Всесвіт еволюціонував із симетричного початку до домінуючої матерії, яку ми спостерігаємо сьогодні.
