Через некоторое время после Большого взрыва Вселенная пережила второй, не менее масштабный катаклизм. Этот «темный взрыв» мог породить частицы, невидимые для наших приборов, но составляющие 85% материи космоса. Это не фантастика, а идея физиков, всерьез рассматривающих такого рода гипотезу. Авторы гипотезы считают, что привычная картина рождения Вселенной требует пересмотра.
Темная материя — загадка, которая не дает покоя астрономам с 1930-х. Галактики вращаются так быстро, что должны разлетаться, но некая невидимая сила удерживает их. Расчеты показывают: чтобы объяснить наблюдаемую гравитацию, во Вселенной должно быть в пять раз больше материи, чем видимой. Cкрытую массу, которая удерживает галактики на своих местах, ученые назвали «темной материей».
Десятилетия поисков не принесли результата. Детекторы, настроенные на ловлю гипотетических частиц темной материи (вимпов), молчат. Эксперименты с ускорителями тоже не дают подсказок. Ученые начали сомневаться: возможно, темная материя взаимодействует с обычной только через гравитацию? Если да, то обнаружить ее почти невозможно.
Переосмысление Большого взрыва
Классическая теория Большого взрыва описывает рождение Вселенной как единый момент. Но современная космология видит его иначе — как серию фазовых переходов.
Представьте кипящий чайник. Пузырьки пара формируются, сталкиваются, меняют структуру воды. Подобные процессы, но в космических масштабах, происходили в первые мгновения после Большого взрыва. Фазовые переходы разделили фундаментальные силы, создали частицы, запустили инфляцию — период сверхбыстрого расширения Вселенной.
Катрин Фриз из Техасского университета и её коллега Мартин Винклер предложили добавить в эту цепочку ещё один переход — «темный взрыв». Он произошел через месяц после основного Большого взрыва и породил темную материю.
Как работает «темный взрыв»?
Фриз и Винклер представили Вселенную состоящей из двух независимых секторов: обычного (с атомами, фотонами, звездами) и темного. Они связаны только гравитацией. Темный сектор формировался в отдельном фазовом переходе — при столкновении пузырьков пространства-времени, наполненных энергией.
Результат такого перехода зависит от его скорости:
- Резкий переход (как бурное кипение) создает «темзилл» — частицы массой в 10 триллионов раз тяжелее протона. Их гравитация могла бы объяснить структуру галактик.
- Плавный переход рождает аналоги вимпов — частицы, взаимодействующие через «темные» силы (например, темный аналог электромагнетизма). Если таких сил нет, возникают «темные каннибалы» — частицы, поглощающие друг друга при столкновениях.
Почему эта гипотеза — не фантастика?
Концепция множественных фазовых переходов уже укрепилась в космологии. Инфляция, разделение сил, появление бозона Хиггса — всё это примеры таких переходов. «Темный взрыв» — логичное продолжение этой идеи.
Главный аргумент Фриз: если темная материя не взаимодействует с обычной, её рождение могло происходить независимо. Это объясняет, почему детекторы молчат, но не противоречит астрономическим наблюдениям.
Как проверить гипотезу?
Ключ к разгадке — гравитационные волны. Столкновения пузырьков во время «темного взрыва» должны оставить след в виде низкочастотного гула, напоминающего фоновое излучение.
В июне 2023 года проект NANOGrav обнаружил такой сигнал. Пока его источник не ясен: это могут быть слияния сверхмассивных черных дыр или следы фазовых переходов.
«Энергетические масштабы “темного взрыва” идеально совпадают с данными NANOGrav», — говорит Фриз. Если гураволны окажутся однородными (без анизотропий), это укажет на космологическое происхождение, а не на черные дыры.
Планы на будущее
К 2037 году Европейское космическое агентство запустит LISA — лазерный интерферометр для изучения гравитационных волн в космосе. Совместно с радиотелескопами, такими как Square Kilometre Array, это позволит точно определить природу фонового гула.
Критика гипотезы
Происхождение энергии. Кай Шмитц из Мюнстерского университета спрашивает: откуда взялась энергия для «темного взрыва»? Если оба сектора Вселенной не связаны, как энергия перешла в темный?
Бритва Оккама. «Зачем два взрыва, если можно обойтись одним?» — говорит Шмитц. Большинство моделей темной материи всё ещё пытаются вписаться в стандартную космологию.
Проверяемость. Даже если гравитационный фон создан фазовыми переходами, как выделить среди них именно «темный взрыв»? Возможно, сигнал смешан с другими переходами, например, связанными с инфляцией или распадом Хиггса.
Post Scriptum
Гипотеза «темного взрыва» — смелый шаг, который переворачивает представление о ранней Вселенной. Даже если она не подтвердится, сам подход — искать ответы в альтернативных фазовых переходах — уже меняет космологию.
К 2030-м годам новые инструменты дадут достаточно данных, чтобы проверить идею. А пока учёные, как и автор статьи, могут лишь вскипятить чайник и прислушаться к звукам, которые когда-то создали Вселенную.
-----
Если понравился материал и вы считаете его познавательным и стоящим вашего внимания, вы можете поддержать автора «трудовым рублем» по ссылке, либо нажать на кнопку «Поддержать» чуть ниже этого сообщения (с правой стороны). Ссылка