Загадкова гаряча речовина: відкриття повністю змінює уявлення про еволюцію Всесвіту

Нове дослідження припускає, що темна матерія, найзагадковіша речовина у Всесвіті, насправді могла народитися гарячою. Якщо це так, то найкраща модель еволюції Всесвіту, модель Лямбда-CDM, що припускає холодну темну матерію, потребуватиме серйозних змін. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Space.

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

Загадкова речовина Всесвіту

Темна матерія є головним болем для вчених, адже вона не взаємодіє зі світлом. Це не тільки робить темну матерію практично невидимою, а й означає, що вчені знають, що вона не може складатися з електронів, протонів і нейтронів, з яких складаються атоми звичайної матерії. Додайте до цього той факт, що темна матерія у Всесвіті в п'ять разів перевершує за масою звичайну матерію.

Учені давно намагаються знайти частинки, з яких може складатися темна матерія, за межами Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Досі фізики віддавали перевагу під час цих пошуків холодній темній матерії, але слово "холодна" не відноситься до температури, а вказує на швидкість руху частинок. "Холодна темна матерія" означає, що вони рухаються повільніше, ніж світло, а "гаряча темна матерія" означає, що вони рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла. У стандартній моделі еволюції Всесвіту холодна темна матерія виникає з гарячого і щільного енергетичного супу, що заповнював Всесвіт незабаром після Великого вибуху.

Гаряча темна матерія

Автори нового дослідження припускають альтернативне походження темної матерії. Вона могла народитися в надзвичайно гарячому стані, що відкриває альтернативні можливості її взаємодії зі звичайною матерією.

Вчені вважають, що неймовірно гаряча темна матерія, що рухається зі швидкістю, близькою до швидкості світла, могла народитися у Всесвіті в період, який називається постінфляційним перегрівом. Це час, коли інфляційне поле, що спричиняло швидке початкове розширення Всесвіту після Великого вибуху, розпалося і перетворилося на гаряче і неймовірно щільне середовище з випромінювання і частинок.

Упродовж останніх 40 років учені вважали, що темна матерія мала бути холодною при своєму народженні після Великого вибуху. Але результати дослідження показують, що це не так. Насправді, темна матерія спочатку могла бути дуже гарячою, а потім вона стала холодною до початку формування перших галактик.

Автори продемонстрували, що темна матерія може припинити значну взаємодію зі звичайною матерією та електромагнітним випромінюванням, залишаючись при цьому дуже гарячою і, отже, рухаючись зі швидкістю, близькою до швидкості світла.

Якщо темна матерія була створена під час постінфляційного перегріву, то це могло дати темній матерії достатньо часу, щоб почати поводитися як холодна темна матерія, сприяючи формуванню перших галактик шляхом утворення гравітаційних хвиль, у які групується звичайна матерія.

З чого може складатися темна матерія?

Якщо ця теорія правильна, то темна матерія може складатися з нейтрино малої маси, які ще 40 років тому виключили зі списків кандидатів на роль темної матерії, оскільки вважали, що ці частки повинні були знищити галактики, а не сприяти їхньому розвитку.

Тепер вчені спробують виявити ці частинки, використовуючи експерименти на Землі, а також виявити їх у ранньому Всесвіті. Це дослідження може не тільки розкрити справжню природу темної матерії, а й може допомогти скласти більш ясну картину одного з найважливіших, але загадкових періодів еволюції Всесвіту, незабаром після Великого вибуху.

Як уже писав Фокус, темна матерія може взаємодіяти з частинками-примарами у Всесвіті, і це велика проблема, вважають вчені.

Також Фокус писав про те, що час не зовсім такий, як ми собі уявляємо. Нове дослідження показує, що моделі квантового колапсу мають далекосяжні наслідки для природи часу і його точного вимірювання.