6 juli 2022

Het kosmische toevalsprobleem: is er een verband tussen de baryon asymmetrie en oer-zwarte gaten?

De evolutie van het heelal, inclusief oer-zwarte gaten. Credit: ESA

Het lijken twee strikt gescheiden zaken:

  • 85% van alle materie in het heelal bestaat uit donkere materie, de rest is de ons bekende materie (baryonische materie).
  • Er is veel meer materie dan antimaterie in het heelal (de zogeheten baryon asymmetrie)

Grote vraag: hebben deze twee met elkaar te maken? Het drietal genaamd Yi-Peng Wu, Elena Pinetti en Joseph Silk (Laboratoire de Physique Théorique et Hautes Energie) denkt van wel. Waar zij recentelijk naar hebben gekeken is wat ze het ‘kosmische toevalsprobleem‘ noemen en wat draait om de verhoudingen van gewone en donkere materie, die genoemde 15 versus 85%. Dat is weliswaar een duidelijk verschil, maar het is niet meer dan een orde van grootte. Waarom is het niet 0,1% versus 99,9% of een nog groter verschil? Waarom verschillen ze zo wat weinig? En neem ook de donkere energie, de mysterieuze kracht achter de versnelde uitijding van het heelal, waarom scheelt die óók maar één orde van grootte van de gewone energie (in wiskundetaal: ρde/ρdm∼O(1))? Waarom liggen al die krachten NU zo dicht bij elkaar (zie de illustratie hieronder).

Een logaritmische plot van donkere energiedichtheid en materiedichtheid versus schaalfactor van het heelal. Credit: 老陳

Dat is het kosmische toevalsprobleem, dat wel verwantschap heeft met het antropische principe, dat stelt dat wij er niet zouden zijn als de verhoudingen in het heelal ook maar iets anders waren geweest – ergo: er is een nauw verband tussen ons mens-zijn en de eigenschappen van het heelal. Wu, Pinetti en Silk (de laatste is de meest bekende van het trio, zie deze pagina) hebben nu getracht dat probleem te tackelen en in hun vakartikel, dat verscheen in Physical Review Letters, komen ze op een verband tussen de hoeveelheid donkere materie in het heelal en de baryogenese, het proces in het vroege heelal dat geleid heeft tot die baryon asymmetrie. De drie onderzoekers denken dat de donkere materie (deels) bestaat uit oer-of primordiale zwarte gaten (Engels: primordial black holes, PBH’s), dat zijn zwarte gaten die in de extreme omstandigheden van het vroegste heelal onstonden. De waarnemingen aan zwaartekrachtgolven, die vanaf 2015 door LIGO en Virgo zijn waargenomen, laten zien dat er in het verre, vroege heelal stellaire zwarte gaten zijn, die een stuk zwaarder zijn dan wat de modellen voorspellen. Oer-zwarte gaten zouden een oplossing daarvoor kunnen zijn, die kunnen veel zwaarder zijn dan zwarte gaten die uit de evolutie van zware sterren onstaan. In de vroegste momenten van het heelal was een korte periode van exponentiële uitdijing, die de sterrenkundigen de inflatieperiode noemen.

Credit: Wu, Pinetti & Silk.

Wu, Pinetti en Silk denken dat er toen een bepaalde vorm van inflatie optrad, die ze de ultra-slow-roll inflation noemen, een uitdijing die niet alleen de baryon asymmetrie opleverde, maar ook de oer-zwarte gaten. Gedurende die specifieke inflatieperiode moet een scalardeeltje als bron van energie hebbe gediend (het Higgs boson is een soort scalardeeltje) en dat deeltje staat aan de basis van zowel de baryonen als de oer-zwarte gaten en daarmee is er een duidelijk verband tussen die twee (te zien aan de illustratie hierboven), hetgeen het kosmische toevalsprobleem verklaart. Bron: Phys.org.

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: