Самые первые микроскопические скопления после Большого взрыва

Самые первые моменты Вселенной можно реконструировать математически, хотя их нельзя наблюдать напрямую. Физики из университетов Геттингена и Окленда (Новая Зеландия) значительно улучшили возможности сложных компьютерных симуляций для описания этой ранней эпохи.

Результаты моделирования показывают рост крошечных чрезвычайно плотных структур очень скоро после фазы надувания очень ранней Вселенной. Между начальным и конечным состояниями в моделировании (вверху слева и справа соответственно) показанная область увеличилась в десять миллионов раз по сравнению с начальным объемом, но все же во много раз меньше, чем внутреннее пространство протона. Увеличенный комок внизу слева имел бы массу около 20 кг. Предоставлено: Йенс Нимейер, Геттингенский университет.

Они обнаружили, что сложная сеть структур может образоваться за первую триллионную долю секунды после Большого взрыва.

Поведение этих объектов имитирует распределение галактик в современной Вселенной. Однако в отличие от сегодняшнего дня эти первичные структуры микроскопически малы. Типичные сгустки имеют массу всего несколько граммов и умещаются в объемах, намного меньших, чем современные элементарные частицы. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review D.

Исследователи смогли наблюдать развитие областей с более высокой плотностью, которые удерживаются вместе собственной гравитацией.

«Физическое пространство, представленное нашей симуляцией, могло бы поместиться в один протон миллион раз», – говорит профессор Йенс Нимейер, глава группы астрофизической космологии Геттингенского университета. «Это, вероятно, самая масштабная симуляция самой маленькой области Вселенной, которая была проведена до сих пор». Эти симуляции позволяют делать более точные предсказания свойств этих остатков с самого начала Вселенной.

Хотя смоделированные компьютером структуры будут очень недолговечными и в конечном итоге «испарится» в стандартные элементарные частицы, следы этой чрезвычайно ранней фазы могут быть обнаружены в будущих экспериментах.

«Формирование таких структур, а также их движения и взаимодействия должны были вызвать фоновый шум гравитационных волн», – говорит Бенедикт Эггемайер, доктор философии. студент группы Нимейера и первый автор исследования.

«С помощью нашего моделирования мы можем вычислить силу этого сигнала гравитационной волны, которую можно будет измерить в будущем».

Также возможно, что крошечные черные дыры могут образоваться, если эти структуры испытают безудержный коллапс. Если это произойдет, они могут иметь наблюдаемые последствия сегодня или стать частью таинственной темной материи во Вселенной.

«С другой стороны, – говорит профессор Истер, – если моделирование предсказывает образование черных дыр, а мы их не видим, то мы найдем новый способ тестирования моделей молодой Вселенной».