Темна матерія може бути старішою за Великий вибух

Темна матерія, яка на думку дослідників, складає близько 80% маси Всесвіту, є однією з найбільш невловимих загадок сучасної фізики. Що це саме таке і як вона з’явилася - таємниця, проте нове дослідження говорить про те, що темна матерія, можливо, існувала ще до Великого вибуху.

У дослідженні, опублікованому 7 серпня у Physical Review Letters, представлено нове уявлення про те, як зародилася темна матерія та як її ідентифікувати за допомогою астрономічних спостережень, розповідають в Університеті Джона Хопкінса

«Дослідження виявило новий зв’язок між фізикою елементарних частинок і астрономією. Якщо темна матерія складається з нових частинок, що зародилися до Великого вибуху, вони впливають на розподілення галактик в небі унікальним чином. Цей зв'язок можна використати для виявлення їхньої ідентичності та зробити висновки про часи до Великого вибуху», - говорить автор дослідження Томмі Тенканен, докторант-науковий співробітник з фізики та астрономії в Університеті Джона Хопкінса.

Хоча про її походження відомо мало, астрономи показали, що темна матерія відіграє вирішальну роль у формуванні галактик та кластерів галактик. Хоча це і не піддається безпосередньому спостереженню, вчені знають, що темна матерія існує завдяки її гравітаційному впливу на розподілення і рух у космосі видимої матерії.

Довгий час дослідники вважали, що темна матерія повинна бути залишковою субстанцією з Великого вибуху. Дослідники давно шукали такий вид темної матерії, але досі всі експериментальні пошуки були безуспішними.

«Якби темна матерія справді була залишком Великого вибуху, то в багатьох випадках дослідники повинні були бачити безпосередню ознаку темної матерії в різних експериментах з фізикою елементарних частинок», - каже Тенканен.

Використовуючи нову, просту математичну конструкцію, дослідження показує, що темна матерія, можливо, виникла до Великого вибуху в епоху, відому як космічна інфляція, коли простір розширювався дуже швидко. Вважається, що швидке розширення призводить до рясного зародження певних типів частинок, які називаються скалярами. Поки що виявлена лише одна скалярна частинка, знаменитий бозон Хіггса.

«Ми не знаємо, що таке темна матерія, але якщо вона має щось спільне з будь-якими скалярними частинками, вона може бути старішою за Великий вибух. Із запропонованим математичним сценарієм нам не потрібно вводити нові типи взаємодій між видимою і темною матерією поза гравітацією, які, як ми вже знаємо, там є», - пояснює Тенканен.

Хоча ідея про те, що темна матерія існувала до Великого вибуху, не нова, інші теоретики не змогли досягнути розрахунків, які б підтверджували цю ідею. Нове дослідження показує, що дослідники завжди нехтували найпростішим можливим математичним сценарієм походження темної матерії, зазначив він.

Нове дослідження також пропонує спосіб перевірити походження темної матерії шляхом спостереження за сигнатурами, які темна матерія залишає на розповсюдженні матерії у Всесвіті.

«Хоча цей тип темної матерії занадто невловимий, щоб його можна було знайти в експериментах з частинками, його присутність можна виявити за допомогою астрономічних спостережень. Незабаром ми дізнаємось більше про походження темної матерії, коли у 2022 році буде запущено космічний апарат Евклід. Буде дуже цікаво подивитися, які відкриття він зробить щодо темної матерії, і чи можна буде використати його висновки для того, щоби заглянути в часи до Великого вибух», - вказав Тенканен.

Читайте ще цікаві новини про космос.