Новая математическая модель предполагает, что темная материя могла возникнуть до Большого взрыва во время космической инфляции, когда пространство быстро расширялось.
Исследователи полагают, что темная материя составляет около 80% массы вселенной, но ее происхождение и состав остаются одними из самых сложных загадок в современной физике. Новое исследование Университета Джона Хопкинса предполагает, что темная материя могла существовать до Большого взрыва.
Новое исследование, опубликованное в журнале «Physical Review Letters», преподносит новую идею о том, как создавалась темная материя и как ее можно идентифицировать во время астрономических наблюдений.
«Исследование выявило новую связь между физикой элементарных частиц и астрономией», - говорит Томми Тенканен, научный сотрудник факультета физики и астрономии JHU и автор исследования. «Если темная материя состоит из новых частиц, которые родились до Большого взрыва, они уникальным образом влияют на способ распределения галактик в небе. Эта связь может быть использована, чтобы раскрыть их личность и сделать выводы о времени до Большого взрыва ».
Хотя о происхождении темной материи практически ничего неизвестно, астрономы показали, что она играет решающую роль в образовании галактик и скоплений галактик. Хотя это и не поддается непосредственному наблюдению, ученые знают, что темная материя существует благодаря гравитационному воздействию на то, как видимая материя движется и распространяется в пространстве.
На протяжении долгого времени исследователи считали, что темная материя должна быть побочным продуктом Большого взрыва. Ученые долго искали этот вид темной материи, но до сих пор все экспериментальные поиски были безуспешными.
«Если бы темная материя была действительно остатком Большого взрыва, то во многих случаях исследователи уже видели прямой сигнал темной материи в различных экспериментах по физике элементарных частиц», - говорит Тенканен.
Используя новую, простую математическую структуру, исследование показывает, что темная материя могла возникнуть до Большого взрыва в эпоху, известную как космическая инфляция, когда пространство расширялось очень быстро. Считается, что быстрое расширение приводит к обильному производству определенных типов частиц, называемых скалярами. До сих пор обнаружена только одна скалярная частица, известный бозон Хиггса.
«Мы не знаем, что такое темная материя, но если она имеет какое-либо отношение к каким-либо скалярным частицам, она может быть старше, чем Большой взрыв», - объясняет Тенканен. «С предложенным математическим сценарием нам не нужно предполагать новые типы взаимодействий между видимой и темной материей вне гравитации, о которых мы уже знаем».
Хотя идея о том, что темная материя существовала до Большого взрыва, не нова, другие теоретики не смогли прийти к расчетам, подтверждающим эту идею. Новое исследование показывает, что исследователи всегда упускают из виду самый простой математический сценарий происхождения темной материи, говорит он.
Исследование также предлагает способ проверить происхождение темной материи путем наблюдения сигнатур, которые темная материя оставляет на распределении материи во вселенной.
«Хотя этот тип темной материи слишком неуловим, чтобы его можно было найти в экспериментах с частицами, он может выявить ее присутствие в астрономических наблюдениях», - говорит Тенканен. «Вскоре мы узнаем больше о происхождении темной материи, когда спутник Евклид будет запущен в 2022 году. Будет очень интересно посмотреть, что он покажет о темной материи и можно ли использовать ее результаты, чтобы достичь пика до времени, предшествующего Большой взрыв. «Мы не знаем, что такое темная материя, но если она имеет какое-либо отношение к каким-либо скалярным частицам, она может быть старше, чем Большой взрыв», - объясняет Тенканен. «С предложенным математическим сценарием нам не нужно предполагать новые типы взаимодействий между видимой и темной материей вне гравитации, о которых мы уже знаем».
Хотя идея о том, что темная материя существовала до Большого взрыва, не нова, другие теоретики не смогли прийти к расчетам, подтверждающим эту идею. Новое исследование показывает, что исследователи всегда упускают из виду самый простой математический сценарий происхождения темной материи, говорит он.
Исследование также предлагает способ проверить происхождение темной материи путем наблюдения сигнатур, которые темная материя оставляет на распределении материи во вселенной.
«Хотя этот тип темной материи слишком неуловим, чтобы его можно было найти в экспериментах с частицами, он может выявить ее присутствие в астрономических наблюдениях», - говорит Тенканен. «Вскоре мы узнаем больше о происхождении темной материи, когда спутник Евклид будет запущен в 2022 году. Будет очень интересно посмотреть, что он покажет о темной материи и можно ли использовать ее результаты, чтобы достичь пика до времени, предшествующего Большой взрыв.
