RW Space

Благодаря гравитации мы, по крайней мере, знаем, что темная материя существует. Мы также знаем, что его очень много: на его долю приходится около 85 процентов всей материи во Вселенной.

Однако, кроме этого, мы ничего не знаем. Мы не знаем, что такое темная материя и откуда она взялась, и если она состоит из какой-то слабовзаимодействующей формы материи, мы все равно не можем напрямую обнаружить ни одной ее частицы.

Согласно теоретическому исследованию двух исследователей из Колгейтского университета в США, наша продолжающаяся неспособность разоблачить темную материю – даже с помощью более новых, высокочувствительные методы обнаружения – гарантии переосмысление природы и потенциального происхождения этого загадочного вещества.

Вместо того, чтобы появиться из Большого взрыва вместе с обычными барионная материя, темная материя могла возникнуть чуть позже в результате своего собственного «Темного Большого Взрыва», пишут авторы исследования. Теперь он может обитать в темном секторе, в основном отделенном от нашего видимого сектора и взаимодействующем исключительно посредством гравитации.

Гравитация научила нас тому немногому, что мы пока знаем о темной материи. Мы называем призрачное вещество темной материей, потому что оно не взаимодействует со светом или другим электромагнитным излучением, что делает его невидимым для нас.

Тем не менее, учитывая ее гравитационное влияние на галактики и скопления галактик – а также другие подсказки, такие как ее влияние на космическое фоновое излучение – у нас есть убедительные доказательства существования темной материи. Мы просто все еще в неведении почти обо всем остальном, включая то, что это такое и откуда оно взялось.

Охота на темную материю сосредоточена в основном на слабо взаимодействующих массивных частицах, или вимпах. Эти гипотетические элементарные частицы будут взаимодействовать посредством двух из четырёх фундаментальных сил: гравитации и слабого ядерного взаимодействия (но не электромагнетизма или сильного ядерного взаимодействия).

Десятилетия поисков не дали подтверждения существования вимпов, что несколько притупило их привлекательность и сместило научный интерес к другим возможным объяснениям темной материи.

«Поскольку вимпы продолжают уклоняться от обнаружения, становится все более важным учитывать темные сектора, которые сильно отделены от видимого сектора», — пишут авторы. нового исследования физик Космин Илие и студент-исследователь Ричард Кейси.

В В 2023 году два других исследователя – Кэтрин Фриз и Мартин Винклер из Техасского университета в Остине – предложили интригующую теорию: возможно, темная материя образовалась отдельно от первоначального космического расширения во время второго Большого взрыва, который они назвали Темным Большим взрывом. /p>

Это бросает вызов тому, как многие ученые в настоящее время представляют себе эту ключевую эпоху со всей материей и излучением. во Вселенной (включая темную материю, какой бы она ни была), происходящей из одного и того же сектора физики.

Согласно однако, по мнению Фриза и Винклера, Темный Большой взрыв согласуется с доказательствами существования темной материи – при условии, что он произошел сразу, примерно в течение месяца после первого Большого взрыва.

В этом сценарии частицы темной материи возникают в результате распада квантового поля, которое связывается только с темным или скрытым сектором; гипотетический набор частиц и сил, выходящий за рамки наших нынешних знаний о физике.

Темный Большой Взрыв высвободит космологический фазовый переход первого рода в темном секторе, сравнимый с изменяющими реальность изменениями, которые испытал наш видимый сектор после первого Большого взрыва, который превратил энергию вакуума в горячую плазму излучения и частиц.

В своем новом исследовании Илие и Кейси углубляются в эту идею, исследуя ее осуществимость и проверяя ряд различных сценариев Темного Большого Взрыва, которые соответствуют существующим экспериментальным данным. p>

Их работа помогает укрепить теорию, представленную Фризе и Винклером, не только подтверждая возможность Темного Большого Взрыва, но и всесторонне оценивая различные варианты развития такого события.

Среди своих выводов Илие и Кейси обнаруживают ранее неисследованный массив потенциальных параметров возникновения темной материи. Они также предлагают варианты дальнейшего тестирования этой концепции, включая возможное существование обнаруживаемых следов, таких как гравитационные волны, оставленных этими сценариями.

«Обнаружение гравитационных волн, порожденных Темным Большим Взрывом, может предоставить важные доказательства для этой новой теории темной материи», — говорит Илие.

И хотя темная материя вряд ли легко раскроет свои тайны, есть повод для оптимизма относительно того, что мы разгадаем эту космическую загадку, отмечает он.

«Поскольку текущие эксперименты, такие как Международная система синхронизации пульсаров (IPTA) и Группа квадратных километров (SKA) на горизонте, вскоре у нас могут появиться инструменты для тестирования эта модель беспрецедентными способами», — говорит Илие.

Например, исследователи из исследовательского сотрудничества NANOGrav, которое является частью IPTA – объявили в 2023 году, что нашли доказательства гравитационно-волнового фона во Вселенной.

Это может помочь проверить концепция Темного Большого Взрыва, говорят Илие и Кейси, создает основу для дальнейших исследований, которые, возможно, наконец, прольют немного света на темную материю.

Исследование было опубликовано в Physical Review D .