Темная материя, которая, по мнению исследователей, составляет около 80% от массы Вселенной, является одной из самых труднодостижимых загадок современной физики. Что именно это такое и как это получилось - загадка, но новое исследование показывает, что темная материя могла существовать до Большого Взрыва.
В исследовании, опубликованном 7 августа в Physical Review Letters, представлена новая идея о том, как появилась темная материя и как ее отождествить с астрономическими наблюдениями.
"Исследование показало новую связь между физикой частиц и астрономией. Если темная материя состоит из новых частиц, которые родились до Большого взрыва, то они уникальным образом влияют на то, как галактики распределены в небе. Эта связь может быть использована для выявления их личности и выводов о времени до Большого Взрыва",
- говорит Томми Тенканен, научный сотрудник по физике и астрономии Университета Джона Хопкинса и автор исследования.
Хотя о его происхождении мало что известно, астрономы доказали, что темная материя играет решающую роль в образовании галактик и скоплений галактик. Ученые знают, что темная материя, хотя и не наблюдаемая напрямую, существует благодаря своему гравитационному воздействию на то, как видимая материя движется и распространяется в пространстве.
Долгое время исследователи считали, что темная материя должна быть остатком вещества от Большого Взрыва. Исследователи давно искали этот вид темной материи, но до сих пор все экспериментальные поиски не увенчались успехом.
"Если темная материя действительно была остатком Большого Взрыва, то во многих случаях исследователи уже должны были видеть прямой сигнал темной материи в различных экспериментах по физике частиц",
- говорит Тенканен.
Используя новую, простую математическую основу, исследование показывает, что темная материя могла образоваться до Большого взрыва в эпоху, известную как космическая инфляция, когда пространство расширялось очень быстро. Считается, что быстрое расширение привело к обильному производству некоторых видов частиц, называемых скалярами. Пока что была обнаружена только одна скалярная частица - знаменитый бозон Хиггса.
"Мы не знаем, что такое темная материя, но если она имеет какое-либо отношение к скалярным частицам, то она может быть старше Большого Взрыва. Предлагая математический сценарий, мы не должны предполагать новые типы взаимодействия между видимой и темной материями вне гравитации, которые, как мы уже знаем, существуют",
- объясняет Тенканен.
Хотя идея о том, что темная материя существовала до Большого Взрыва, не нова, другие теоретики не смогли придумать расчеты, подтверждающие эту идею. Новые исследования показывают, что исследователи всегда упускали из виду самый простой математический сценарий происхождения темной материи, говорит он.
Новое исследование также предлагает способ проверить происхождение темной материи, наблюдая за темной материей по признакам ее распространения во вселенной.
"Хотя этот тип темной материи слишком неуловим для экспериментов с частицами, она может обнаружить свое присутствие в астрономических наблюдениях. Мы скоро узнаем больше о происхождении темной материи, когда спутник Euclid будет запущен в 2022 году. Будет очень интересно посмотреть, что он покажет о темной материи и можно ли использовать его результаты, чтобы заглянуть во времена, предшествовавшие Большому Взрыву".
- говорит Тенканен.
