На протяжении десятилетий преобладающая теория утверждала, что тёмная материя — невидимое вещество, составляющее примерно 85% массы Вселенной — была «холодной» сразу после Большого взрыва. То есть, составляющие её частицы двигались достаточно медленно, чтобы слипаться под действием гравитации, формируя галактики и более крупные космические структуры, которые мы наблюдаем сегодня. Новое исследование бросает вызов этому предположению, предполагая, что тёмная материя изначально могла быть невероятно горячей, двигаясь почти со скоростью света, прежде чем достаточно остыть, чтобы заложить основу для формирования галактик.
Сдвиг в Понимании
Исследование, проведённое учёными из Университета Миннесоты — Твин-Ситис и Университета Париж-Саклай, предполагает, что тёмная материя могла «отделиться» от высокоэнергетической плазмы ранней Вселенной, оставаясь ультрарелятивистской — двигаясь на экстремальных скоростях. Этот сценарий расширяет диапазон возможных поведения частиц тёмной материи, потенциально открывая новые экспериментальные и наблюдательные пути.
Ключ кроется в периоде перегрева после быстрого расширения Вселенной (инфляции). Во время перегрева энергия инфляции преобразовывалась в горячую смесь частиц и излучения. При определённых условиях исследователи показывают, что тёмная материя, созданная в этот период, могла родиться на скоростях, близких к скорости света, но при этом достаточно остыть, чтобы соответствовать крупномасштабной структуре Вселенной.
Почему Это Важно
Модель «холодной тёмной материи» долгое время была центральной в нашем понимании космологии. Если эти новые выводы подтвердятся, они могут изменить наш подход к поиску самой тёмной материи. Современные попытки обнаружения полагаются на различные методы — столкновения частиц, подземные детекторы и астрофизические наблюдения — все из которых основаны на идее, что частицы тёмной материи относительно медленно двигаются.
Этот нюанс также поднимает более глубокие теоретические вопросы о фундаментальных свойствах тёмной материи и её роли в космической эволюции.
«Тёмная материя печально известна своей загадочностью», — сказал Стивен Хенрих, аспирант Университета Миннесоты. «Одно из немногих, что мы о ней знаем, это то, что она должна быть холодной… Наши последние результаты показывают, что это не так; на самом деле, тёмная материя может быть раскалённой, когда она рождается, но всё равно успевает остыть до того, как начнут формироваться галактики».
Парадокс «Горячей» Тёмной Материи
Исторически идея «горячей тёмной материи» — частиц, движущихся слишком быстро для эффективного формирования структур — была отклонена. Низкомассовое нейтрино, когда-то основной кандидат, было исключено десятилетия назад из-за его тенденции уничтожать галактические структуры, а не создавать их.
Однако новое исследование предполагает, что если тёмная материя была произведена во время хаотичной фазы перегрева Большого взрыва, она могла достаточно остыть, чтобы действовать как «холодная тёмная материя». Это вновь открывает возможности для ранее отвергнутых кандидатов в частицы.
Будущие Последствия
Результаты команды, опубликованные в Physical Review Letters, предлагают новый взгляд на самые ранние моменты существования Вселенной. Если они подтвердятся, они могут раскрыть более глубокое понимание условий, существовавших сразу после Большого взрыва и уточнить наш поиск неуловимого вещества, формирующего космос.
Работа исследовательской группы может позволить учёным получить доступ к истории Вселенной, очень близкой к Большому взрыву.
Исследование называется: Ultrarelativistic Freeze-Out: A Bridge from WIMPs to FIMPs. Phys. Rev. Lett 135, 221002; doi: 10.1103/zk9k-nbpj
