Ученые говорят, что темная материя могла существовать еще до Большого взрыва
На случай, если темная материя казалась вам недостаточно загадочной, новое исследование предполагает, что она могла возникнуть еще до Большого взрыва. Но как это возможно?
Что говорит теория
Общепринято считать, что Большой взрыв стал началом всего — космоса, материи, антиматерии, темной материи, энергии и темной энергии. В первые мгновения своего существования Вселенная пережила период так называемой инфляции, когда ее размер увеличился в 10 септильонов раз за непостижимо малую долю секунды. Но некоторые теории предполагают, что этот период инфляции на самом деле произошел еще до того, что мы называем Большим взрывом. Теперь физики из Техасского университета в Остине предположили, что темная материя образовалась именно во время этого короткого окна инфляции, которое предшествовало образованию Вселенной, сообщает 24 Канал со ссылкой на Physical Review Letters.
Смотрите также Самый большой кратер Луны оказался даже более массивным, чем мы всегда думали
Команда называет новую модель теплой инфляцией с замораживанием (WIFI). В этой теории частицы темной материи создаются из крошечных взаимодействий между излучением и частицами в теплой "тепловой ванне" во время инфляции.
Уникальность нашей модели заключается в том, что темная материя успешно образуется во время инфляции,
– говорит Кэтрин Фриз, ученый в области астрофизики из Техасского университета в Остине.
В большинстве моделей все, что создается во время инфляции, затем "сдувается" экспоненциальным расширением Вселенной, до того момента, когда фактически ничего не остается".
Считается, что до Большого взрыва вся Вселенная существовала в сингулярности – точке бесконечной плотности, где пространство-время бесконечно искривлено. Но известные законы физики там полностью нарушаются, поэтому некоторые физики предполагают, что Большому взрыву предшествовала другая эпоха, а не сингулярность. Это мог быть коллапс предыдущей Вселенной, как в модели Большого отскока, или космическая инфляция. Эта фаза длилась лишь нонильонную долю секунды (1 секунда делится на 10 в 33 степени), когда энергия перешла к материи и свету, превратившись в то, что мы называем Большим Взрывом. С этого момента начинается эволюция Вселенной, которую описывает общая теория относительности.
Авторы нового исследования не первые, кто предполагает, что космическая инфляция предшествовала Большому взрыву. Они даже не первые, кто предполагает, что темная материя возникла в эту эпоху. Их новизной является механизм того, как производится это странное вещество в тех количествах, которые согласуются с астрономическими наблюдениями.
Теплая инфляция ("WI" в новой модели WIFI) – это уже существующая идея, которая предполагает, что во время экспоненциального расширения производится излучение, которое создаёт своеобразную тепловую ванну, позволяющую происходить крошечным, но важным взаимодействиям.
Двигатель космической инфляции до сих пор неизвестен, но его роль выполняет поле гипотетических частиц, которые называются инфлатонами, подобно известному бозону Хиггса. В сценарии теплой инфляции это поле инфлатонов тратит часть своей энергии на излучение в тепловой ванне. Оттуда излучение производит частицы темной материи через процесс, который называется УФ-замораживанием (в аббревиатуре WIFI отображено буквами "FI"). По сути, темная материя никогда не достигает равновесия с ванной, и температура этой ванны всегда остается ниже определенного порога.
Согласно расчетам команды, этот механизм производит достаточно темной материи, чтобы объяснить количество, которая, по данным астрономических наблюдений, существует во Вселенной.
Конечно, это не означает, что тайна разгадана. Это лишь одна из многих гипотез. Например, мы имеем предположение, что темная материя возникла позже в собственном "Темном Большом взрыве".
Сейчас модель WIFI не может быть непосредственно проверена, но по крайней мере частично это может быть сделано в ближайшее время. Будущие исследования космического микроволнового фона, такие как CMB-S4, могут проверить идею теплой инфляции.
"Если будущие наблюдения подтвердят, что теплая инфляция является правильной парадигмой, это значительно усилит аргументы в пользу того, что темная материя образуется так, как описано в нашей теории", – говорит физик Габриэле Монтефальконе.