Десятиліттями вчені грали в космічну гру в хованки з темною матерією, невидимою речовиною, яка становить 85% маси Всесвіту. Нове дослідження показує, що правила цієї гри можуть бути абсолютно неправильними. Стандартна модель передбачає, що темна матерія є «холодною», тобто її частинки рухаються повільно. Проте все більше доказів вказує на те, що вона могла народитися “гарячою”, рухаючись майже зі швидкістю світла. Якщо це правда, відкриття може перевернути давні теорії про те, як утворилися галактики, і змінити наше розуміння ранньої історії Всесвіту.
Головоломка темної матерії
Темну матерію неймовірно складно вивчати, оскільки вона не взаємодіє зі світлом. Це означає, що ми не можемо бачити його безпосередньо, а можемо лише припустити його існування через гравітаційний вплив на видиму матерію. Це також унеможливлює те, щоб він складався з тих самих частинок, що й звичні об’єкти (електрони, протони, нейтрони), які взаємодіють зі світлом. Незважаючи на те, що темної матерії в п’ять разів більше, ніж усього, що ми можемо побачити, вона залишається загадкою.
Домінуюча теорія довгий час віддавала перевагу холодній темній матерії (CDM) — частинкам, які рухаються досить повільно, щоб злипатися разом і закласти основу для формування галактик. Але ця модель недосконала: деякі спостереження ставлять під сумнів її прогнози. Ось тут і вступає в дію гіпотеза про «гарячу» темну матерію.
Гаряча історія походження
Нове дослідження показує, що темна матерія могла виникнути відразу після Великого вибуху, під час періоду, який називається постінфляційним нагріванням. Це була хаотична ера, коли Всесвіт швидко розширювався, перетворюючи енергію на гарячий, густий суп із частинок. Якби темна матерія народилася в цьому середовищі, вона могла б бути неймовірно швидкою.
Ключовим моментом є те, що навіть на цих швидкостях темна матерія могла охолонути настільки, щоб поводитися як «холодна» версія, яку ми очікуємо. Цей процес, званий “роз’єднанням”, дозволить їй зрештою злипнутися разом і стимулювати утворення галактик.
Відродження старих кандидатів
Відкриття також може відродити давно відкинутого кандидата на роль темної матерії: нейтрино малої маси. Кілька десятиліть тому ці частинки були виключені, оскільки вважалося, що вони рухаються надто швидко, щоб утворити галактики. Але якщо вони народжуються гарячими, а потім охолоджуються, вони можуть зіграти важливу роль у формуванні структури Всесвіту.
«Нейтрино стало яскравим прикладом гарячої темної матерії… Дивно, що подібний кандидат, якщо б він був створений, коли гарячий Всесвіт Великого вибуху тільки формувався, міг би охолонути до такої міри, що насправді діяв би як холодна темна матерія», — сказав Кейт Олів, один із дослідників, які брали участь у дослідженні.
Теорія тестування
Зараз команда планує перевірити свої ідеї в експериментах на Землі, використовуючи прискорювачі частинок і шукаючи докази в ранньому Всесвіті. У разі успіху це може дати більш чітку картину найдавніших моментів Всесвіту.
«Завдяки нашим новим відкриттям ми можемо отримати доступ до періоду в історії Всесвіту, дуже близького до Великого вибуху», — сказав Ян Мамбріні, інший дослідник проекту. Пошуки темної матерії далекі від завершення, але цей новий напрямок може нарешті наблизити нас до розгадки однієї з найбільших таємниць космології.
Зрештою, відкриття гарячої темної матерії не тільки розкриє справжню природу цієї невловимої речовини, але й змусить космологів переглянути своє фундаментальне розуміння еволюції Всесвіту.
