Od dziesięcioleci naukowcy prowadzą kosmiczną grę w chowanego z ciemną materią, niewidzialną substancją stanowiącą 85% masy Wszechświata. Nowe badania pokazują, że zasady tej gry mogą być całkowicie błędne. Model Standardowy zakłada, że ciemna materia jest „zimna”, co oznacza, że jej cząsteczki poruszają się powoli. Jednak coraz więcej dowodów wskazuje, że mogła się urodzić „gorąca”, poruszając się z prędkością prawie światła. Jeśli to prawda, odkrycie może obalić długo utrzymywane teorie na temat powstawania galaktyk i zmienić nasze rozumienie wczesnej historii Wszechświata.
Zagadka ciemnej materii
Ciemna materia jest niezwykle trudna do zbadania, ponieważ nie oddziałuje ze światłem. Oznacza to, że nie możemy widzieć go bezpośrednio, a jedynie możemy założyć jego istnienie na podstawie oddziaływania grawitacyjnego na widzialną materię. Uniemożliwia to również złożenie go z tych samych cząstek, co znane obiekty (elektrony, protony, neutrony), które oddziałują ze światłem. Mimo że ciemnej materii występuje pięć razy więcej niż czegokolwiek, co możemy zobaczyć, pozostaje tajemnicą.
Dominująca teoria od dawna faworyzuje zimną ciemną materię (CDM) – cząstki poruszające się na tyle wolno, że zlepiają się i kładą podwaliny pod powstawanie galaktyk. Model ten jest jednak niedoskonały: niektóre obserwacje podają w wątpliwość jego przewidywania. W tym miejscu wchodzi w grę hipoteza „gorącej” ciemnej materii.
Gorętsza historia pochodzenia
Nowe badanie sugeruje, że ciemna materia mogła powstać tuż po Wielkim Wybuchu, w okresie zwanym poinflacyjnym ogrzewaniem. To była chaotyczna era, kiedy Wszechświat szybko się rozszerzał, zamieniając energię w gorącą, gęstą zupę cząstek. Jeśli w tym środowisku narodziłaby się ciemna materia, mogłaby działać niewiarygodnie szybko.
Kluczową kwestią jest to, że nawet przy takich prędkościach ciemna materia mogła ostygnąć na tyle, aby zachowywać się jak „zimna” wersja, której się spodziewamy. Proces ten, zwany „odsprzęganiem”, pozwoliłby ostatecznie na zbicie się i pobudzenie powstawania galaktyk.
Odrodzenie starych kandydatów
Odkrycie może także ożywić dawno odrzucanego kandydata na ciemną materię: neutrina o małej masie. Dziesiątki lat temu cząstki te wykluczono, ponieważ uważano, że poruszają się zbyt szybko, aby umożliwić powstanie galaktyk. Gdyby jednak urodziły się gorące, a następnie ochłodzone, mogłyby odegrać ważną rolę w kształtowaniu struktury Wszechświata.
„Neutrino okazało się doskonałym przykładem gorącej ciemnej materii… To zdumiewające, że podobny kandydat, gdyby powstał w czasie formowania się gorącego Wszechświata Wielkiego Wybuchu, mógłby ostygnąć do takiego stopnia, że w rzeczywistości zachowywałby się jak zimna ciemna materia” – powiedział Keith Olive, jeden z badaczy zaangażowanych w badania.
Teoria testowania
Zespół planuje teraz przetestować swoje pomysły w eksperymentach na Ziemi, wykorzystując akceleratory cząstek i szukając dowodów we wczesnym Wszechświecie. Jeśli się powiedzie, może to zapewnić wyraźniejszy obraz najwcześniejszych chwil Wszechświata.
„Dzięki naszym nowym odkryciom być może uda nam się dotrzeć do okresu w historii wszechświata bardzo bliskiego Wielkiemu Wybuchowi” – powiedział Ian Mambrini, kolejny badacz biorący udział w projekcie. Poszukiwania ciemnej materii jeszcze się nie skończyły, ale ten nowy kierunek może w końcu przybliżyć nas do rozwiązania jednej z największych tajemnic kosmologii.
Ostatecznie odkrycie gorącej ciemnej materii nie tylko ujawni prawdziwą naturę tej nieuchwytnej substancji, ale także zmusi kosmologów do ponownego rozważenia swojego podstawowego rozumienia ewolucji Wszechświata.
