布鲁塞尔自由大学与麻省理工学院研究人员在一篇发布于arXiv的预印本论文中提出,早期宇宙的夸克—胶子等离子体中若存在低质量原初黑洞(PBHs),其蒸发末期可能并非仅以能量扩散的方式“平滑”加热周围介质,而是会在局部产生强烈压力梯度并触发冲击波,从而以更剧烈的方式影响早期宇宙环境。
原初黑洞被认为可能在大爆炸后的最初几秒内形成,与由恒星演化产生的黑洞不同。论文聚焦于低质量原初黑洞,并引用霍金辐射理论指出:黑洞质量越小,温度越高,蒸发越快。研究人员称,质量低于500万亿克的原初黑洞在宇宙演化至今的时间尺度上应已完全蒸发,其末期过程可能以爆发式能量释放告终。

论文对原初黑洞“死亡”附近等离子体的流体动力学进行了讨论。作者认为,微观原初黑洞在蒸发末期释放的能量高度集中,足以在周围介质中形成极端压力梯度,进而驱动冲击波传播;该过程可表现为一个相对论性“火球”向外扩展。
研究将这一蒸发—冲击波过程划分为四个阶段:第一阶段,原初黑洞仍相对较大时缓慢蒸发,形成一个稳定扩展的等离子体“泡泡”;第二阶段,当黑洞缩小到一定程度后,剩余能量在短时间内释放,形成可用布兰福德-麦基(Blandford-McKee)模型描述的超相对论爆炸;第三阶段,冲击波在扫掠更多周围等离子体后逐步减速,进入可用塞多夫-泰勒(Sedov-Taylor)模型描述的非相对论冲击波阶段;第四阶段,冲击波能量被周围等离子体吸收并趋于耗散。

在潜在宇宙学意义方面,论文将上述过程与重子生成(baryogenesis)问题联系起来。按照现有大爆炸理论框架,物质与反物质应当等量产生并在后续湮灭,但现实宇宙呈现出物质占优的结果。作者指出,产生物质—反物质不对称通常需要早期宇宙出现显著的非平衡过程。
论文进一步提出一种可能路径:当早期宇宙等离子体温度降至162GeV以下时,电弱(Electroweak,EW)对称性会被破坏;而原初黑洞爆炸产生的冲击波可能在局部、短暂地将温度推高至该阈值以上,使移动的等离子体“泡泡”内部形成电弱对称性恢复区域,从而提供一种非平衡机制。研究团队表示,其影响将在另一篇配套论文中进一步讨论。

上述结论来自预印本论文,尚未经过同行评审。
