Темная материя может быть старше, чем Большой Взрыв
Новое исследование представляет идею о том, как родилась темная материя и как ее отождествить с астрономическими наблюдениями
Темная материя, которая, по мнению исследователей, составляет около 85% массы Вселенной, является одним из самых важных вопросов в современной физике. Что именно это такое и как она появилось — до сих пор загадка, но новое исследование физиков из Университета Джона Хопкинса теперь предполагает, что темная материя могла существовать до Большого взрыва.
Исследование, опубликованное 7 августа в Physical Review Letters, представляет новую идею о том, как родилась темная материя и как ее отождествить с астрономическими наблюдениями.
«Исследование выявило новую связь между физикой элементарных частиц и астрономией. Если темная материя состоит из частиц, которые родились до Большого взрыва, они уникальным образом влияют на способ распределения галактик во вселенной. Эта связь может быть использована для выявления их сущности и позволяет делать выводы о временах до Большого взрыва», — говорит Томми Тенканен, автор исследования.
Хотя о ее происхождении известно очень немного, астрономы показали, что темная материя 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.
Долгое время ученые считали, что темная материя должна быть остатком Большого взрыва. Исследователи долго искали этот вид темной материи, но до сих пор все экспериментальные поиски были безуспешными.
«Если темная материя действительно была остатком Большого взрыва, то во многих случаях исследователи уже видели прямой сигнал темной материи в различных экспериментах по физике элементарных частиц», — говорит Томми Тенканен.
Используя новую 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 была обнаружена только одна скалярная частица, известная как бозон Хиггса.
«Мы не знаем, что такое темная материя, но если она имеет какое-либо отношение к скалярным частицам, она может быть старше Большого Взрыва. С помощью предложенного математического сценария нам не нужно предполагать новые типы взаимодействий между видимой и темной материей за пределами гравитации, которые мы уже знаем», — объясняет Тенканен.
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 простейший математический сценарий происхождения темной материи.
Новое 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 обнаружить свое присутствие в астрономических наблюдениях.
Мы скоро узнаем больше о происхождении темной материи, когда космическая миссия Евклид будет запущена в 2022 году и начнет свою работу. Будет очень интересно посмотреть, что она покажет о темной материи и темной энергии.
Dark Matter from Scalar Field Fluctuations, Physical Review Letters (2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.061302