Учені кажуть, що темна матерія могла існувати ще до Великого вибуху

Що каже теорія

Загальноприйнято вважати, що Великий вибух став початком усього — космосу, матерії, антиматерії, темної матерії, енергії та темної енергії. У перші миттєвості свого існування Всесвіт пережив період так званої інфляції, коли його розмір збільшився в 10 септильйонів разів за незбагненно малу частку секунди. Але деякі теорії припускають, що цей період інфляції насправді стався ще до того, що ми називаємо Великим вибухом. Тепер фізики з Техаського університету в Остіні припустили, що темна матерія утворилася саме під час цього короткого вікна інфляції, яке передувало утворенню Всесвіту, повідомляє 24 Канал з посиланням на Physical Review Letters.

Команда називає нову модель теплою інфляцією із заморожуванням (WIFI). У цій теорії частинки темної матерії створюються з крихітних взаємодій між випромінюванням і частинками в теплій "тепловій ванні" під час інфляції.

Унікальність нашої моделі полягає в тому, що темна матерія успішно утворюється під час інфляції,
– каже Кетрін Фріз, вчена в галузі астрофізики з Техаського університету в Остіні..

У більшості моделей все, що створюється під час інфляції, потім "здувається" експоненціальним розширенням Всесвіту, до того моменту, коли фактично нічого не лишається".

Вважається, що до Великого вибуху весь Всесвіт існував у сингулярності – точці нескінченної щільності, де простір-час нескінченно викривлений. Але відомі закони фізики там повністю порушуються, тому деякі фізики припускають, що Великому вибуху передувала інша епоха, а не сингулярність. Це міг бути колапс попереднього Всесвіту, як у моделі Великого відскоку, або ж космічна інфляція. Ця фаза тривала лише нонільйонну частку секунди (1 секунда поділена на 10 у 33 степені), коли енергія перейшла до матерії та світла, перетворившись на те, що ми називаємо Великим Вибухом. З цього моменту починається еволюція Всесвіту, яку описує загальна теорія відносності.

Автори нового дослідження не перші, хто припускає, що космічна інфляція передувала Великому вибуху. Вони навіть не перші, хто припускає, що темна матерія виникла в цю епоху. Їхньою новизною є механізм того, як виробляється ця дивна речовина в тих кількостях, які узгоджуються з астрономічними спостереженнями.

Тепла інфляція ("WI" в новій моделі WIFI) – це вже існуюча ідея, яка припускає, що під час експоненціального розширення виробляється випромінювання, котре створює своєрідну теплову ванну, що дозволяє відбуватися крихітним, але важливим взаємодіям.

Рушій космічної інфляції досі невідомий, але його роль виконує поле гіпотетичних частинок, які називаються інфлатонами, подібно до відомого бозона Хіггса. У сценарії теплої інфляції це поле інфлатонів витрачає частину своєї енергії на випромінювання в тепловій ванні. Звідти випромінювання виробляє частинки темної матерії через процес, який називається УФ-заморожуванням (в абревіатурі WIFI відображено буквами "FI"). По суті, темна матерія ніколи не досягає рівноваги з ванною, і температура цієї ванни завжди залишається нижче певного порогу.

Згідно з розрахунками команди, цей механізм виробляє достатньо темної матерії, щоб пояснити кількість, яка, за даними астрономічних спостережень, існує у Всесвіті.

Звичайно, це не означає, що таємниця розгадана. Це лише одна з багатьох гіпотез. Наприклад, ми маємо припущення, що темна матерія виникла пізніше у власному "Темному Великому вибуху".

Наразі модель WIFI не може бути безпосередньо перевірена, але принаймні частково це може бути зроблено найближчим часом. Майбутні дослідження космічного мікрохвильового фону, такі як CMB-S4, можуть перевірити ідею теплої інфляції.

"Якщо майбутні спостереження підтвердять, що тепла інфляція є правильною парадигмою, це значно посилить аргументи на користь того, що темна матерія утворюється так, як описано в нашій теорії", – каже фізик Габріеле Монтефальконе.