Її найбільше у Всесвіті: фізики з'ясували, з чого складається загадкова темна матерія

Дослідження опубліковано на сервері препринтів arXiv, пише Space.

Темна матерія є предметом багатьох досліджень і нещодавно, як уже писав Фокус, вчені з'ясували, скільки вона може існувати. Ці цифри вражають.

Випромінювання Гокінга і чорні діри

У 70-х роках минулого століття знаменитий фізик Стівен Гокінг з'ясував, що чорні діри можуть повільно випускати випромінювання завдяки складній взаємодії між їхніми горизонтами подій і квантовими полями. Через це випромінювання чорні діри поступово втрачають масу, зменшуються і зникають (цей процес ще називають випаровуванням) внаслідок явища, відомого нині, як випромінювання Гокінга.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Також Гокінг припустив, що умови після Великого вибуху допомогли заповнити космос первинними чорними дірами, які були створені шляхом стиснення надзвичайно щільних ділянок матерії під дією гравітації. Первинні чорні діри мали б мати маленький розмір, а отже вчені мали б побачити, як вони зникають.

Деякі теорії припускають, що саме з первинних чорних дір може складатися темна матерія, яка становить понад 80% маси Всесвіту, але яку ще не бачили безпосередньо. Але попри багаторічні спостереження жодних натяків на випаровування первинних чорних дір астрофізики так і не виявили.

"Темний заряд" чорної діри

Але у своїх дослідження Стівен Гокінг вивчав лише найпростішу первинну чорну діру, яка не має електричного заряду. Пізніше фізики з'ясували, що заряджені чорні діри можуть мати набагато триваліший час життя. Але Всесвіт, навіть у найперші миті після Великого вибуху, загалом був і залишається електрично нейтральним, тож учені не очікують, що будь-які первинні чорні діри нестимуть заряд. Але автори нового дослідження вважають, що первинні чорні діри можуть нести новий вид електричного заряду, який ще належить виявити.

Різні дослідження раніше припускали, що темна матерія може складатися з невідомих видів частинок, усі з яких взаємодіють різними способами. Наприклад, замість електронів, що взаємодіють через фотони, можуть бути темні електрони, що взаємодіють через темні фотони. Це не просто нові частинки, а абсолютно нові сили природи, що діють у спосіб, який виходить за рамки відомої фізики.

З чого складається темна матерія?

Автори нового дослідження виявили, що якщо темних електронів було дуже багато в ранньому Всесвіті, то вони могли заряджати первинні чорні діри таким чином, як це не могли зробити звичайні електрони. Ці заряджені первинні чорні діри в результаті повинні були отримати значно триваліший час життя. Це означає, що ці чорні діри все ще можуть перебувати в сучасному космосі, і можуть становити темну матерію.

Фізики виявили, що самі темні електрони не зобов'язані залишитися в сучасному Всесвіті. Вони повинні були бути присутніми тільки в дуже ранньому Всесвіті, коли вони брали участь у наданні заряду первинним чорним дірам, а потім могли повністю зникнути. Але первинні чорні діри отримали достатньо заряду, щоб бути стабільними і не випаровуватися, вважають учені. Це може пояснити, чому вчені досі не бачили первинних чорних дір, що випаровуються. У них просто не було достатньо часу, щоб зникнути.

Нова теорія є вельми спірною, та все ж автори дослідження показали, яким чином первинні чорні діри могли заповнити Всесвіт, щоб пояснити відому кількість темної матерії. Але цю теорію ще належить перевірити. Для цього потрібно знайти спосіб виявити первинні чорні діри.

Як уже писав Фокус, вчені з'ясували, як насправді створюється золото. Гамма-сплески, найпотужніші вибухи в космосі, надали можливість ученим розкрити механізм створення найважчих хімічних елементів у Всесвіті.