Физики из Массачусетского технологического института (MIT) раскрыли возможность того, что экзотические черные дыры, несущие цветовой заряд, могли существовать в ранней Вселенной и составлять темную материю. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Согласно гипотезе Стивена Хокинга, темная материя может представлять собой популяцию микроскопических темных дыр размером с атом и массой с астероид, образовавшихся сразу же после Большого взрыва (первая квинтиллионная доля секунды). В новой работе было показано, что этот процесс должен порождать еще меньшие черные дыры (меньше протона), которые обладают необычной ядерно-физической характеристикой, называемой цветовым зарядом.
Цветовой заряд описывается в рамках теории квантовой хромодинамики (QCD) и приписывается глюонам и кваркам. Эта характеристика подобна обычному заряду, который определяет взаимодействие частиц, но имеет не два знака, а три, которые обозначаются цветами: красный, зеленый и синий.
Поскольку в течение первой квинтиллионной доли секунды вся материя была представлена смесью глюонов и свободных кварков, то любая черная дыра атомного размера, образовавшаяся в то время и поглотившая эти частицы, приобрела бы цветовой заряд. Более того, они содержали бы максимальное количество цветовых зарядов любого типа, допустимое для черной дыры, становясь суперзаряженными.
Черные дыры с цветовым зарядом представляли собой совершенно новое состояние материи, которое, вероятно, исчезло через долю секунды после своего появления. В то же время они могли сыграть ключевую роль в образовании первых атомных ядер во Вселенной, которые начинали возникать до исчезновения черных дыр. Подобные нарушения в равновесии могли оставить наблюдаемые следы, которые астрономы смогут обнаружить в будущем.
Таким образом, открытие предполагает, что первичные черные дыры могут играть ключевую роль в объяснении природы темной материи, что открывает новые горизонты для космологических исследований.