Ученые предложили сразу два новых сценария, объясняющих природу темной материи — таинственной субстанции, составляющей примерно 80% всей материи во Вселенной, однако до настоящего момента остававшейся вне возможностей прямого наблюдения.
Автором обеих гипотез является известный физик-теоретик, профессор Стефано Профумо, работающий заместителем директора по теоретическим исследованиям Института физики частиц при Калифорнийском университете в Санта-Крузе. По мнению ученого, природа темной материи далеко не столь необычна, как принято считать. Она вовсе не должна представлять собой экзотические частицы, слабо взаимодействующие с обычной материей, а скорее является результатом естественных процессов, произошедших вскоре после Большого взрыва.
В первой работе профессора изложено предположение о существовании так называемого «скрытого сектора», своего рода параллельной вселенной («зеркальная Вселенная»), обладающей собственными элементарными частицами и силами, подобными нашим известным физическим силам, но совершенно нами незамечаемыми. Ключевое значение в данной концепции отводится аналогу сильного ядерного взаимодействия — так называемой «темной QCD».
В пределах этой гипотезы предполагаемые темные кварки и глюоны способны формировать массивные композитные частицы — темные барионы. В молодой горячей Вселенной подобные структуры достигали значительной концентрации и плотности, способствуя формированию сверхкомпактных объектов типа черных дыр или аналогичных образований микроскопического масштаба. Такие микрообъекты обладали массой порядка нескольких планковских масс и оказывали влияние лишь посредством гравитации, именно поэтому современные инструменты их пока не смогли зафиксировать.
Вторая предложенная теория предполагает иной механизм возникновения темной материи. Исследователь допускает возможность формирования частиц темной материи вследствие расширения космологического горизонта — условной границы пространства-времени, ограничивающей доступный нашему наблюдению космос. Этот горизонт действует аналогично горизонту событий черной дыры, отделяя область Вселенной, откуда нельзя получить никакой информации.
После завершения инфляционной фазы развития Вселенной мог произойти кратковременный период дополнительного быстрого расширения, гораздо слабее самой инфляции. Подобное расширение привело бы к возникновению особых условий, позволяющих рождаться новым частицам, которые впоследствии стабилизировались бы и превратились в темную материю. Важно отметить, что взаимодействие между этими частицами необязательно должно быть каким-то особенным — достаточно, чтобы они оказались стабильными и возникали благодаря влиянию гравитации.
Обе идеи носят гипотетический характер, подчеркивает профессор Профумо, однако они основаны исключительно на хорошо известных законах современной физики и позволяют создавать конкретные предсказания, способные проверить альтернативные представления о природе темной материи. Это делает данные предположения особенно привлекательными, поскольку они предлагают новые пути проверки старых концепций и устраняют необходимость обращения к устаревшим объяснениям, связанным с ненаблюдаемыми экзотическими частицами темной материи.