Темная материя образовалась из безмассовых частиц — утверждают физики
Ученые из Дартмутского колледжа (США) предложили революционную теорию происхождения темной материи — загадочного вещества, составляющего около 85% массы Вселенной.
Их исследование, опубликованное в Physical Review Letters, утверждает, что темная материя могла образоваться из безмассовых частиц, которые в ранней Вселенной столкнулись, замедлились и стали тяжелыми — подобно пару, конденсирующемуся в воду.
В чем заключается новая гипотеза
Темная материя, невидимая и не взаимодействующая со светом, составляет около 27% массы и энергии Вселенной в модели LCDM, тогда как обычная материя — лишь 5%. Профессор Роберт Колдуэлл и студент Гуанмин Лян предположили, что после Большого взрыва — 13,7 миллиарда лет назад — Вселенная была заполнена быстрыми, почти безмассовыми частицами, похожими на фотоны (частицы света). Эти частицы, двигаясь со скоростью света, начали «спариваться» из-за противоположных спинов — как магниты с разными полюсами. При охлаждении Вселенной дисбаланс спинов вызвал резкое падение их энергии, превратив их в холодные, тяжелые частицы — темную материю.
«Темная материя начинала как почти безмассовые, очень быстрые частицы, почти как свет», — говорит Колдуэлл. — «Это совершенно противоположно тому, что мы считаем темной материей — холодными сгустками, придающими галактикам массу».
Уникальность теории в том, что она предсказывает специфический след в CMB — излучении, оставшемся от Большого взрыва, которое заполняет Вселенную. Этот след могут обнаружить и доказать в обсерваториях, таких как Simons Observatory (Чили) и CMB Stage 4 (Антарктида). Если следы этих холодных частиц найдут, это подтвердит теорию и станет прорывом в физике и космологии.
Почему это важно
Теория объясняет, как темная материя могла возникнуть из легких частиц, решая загадку перехода от высокой энергии ранней Вселенной к сегодняшним массивным структурам. Она вдохновлена физикой сверхпроводников, где электроны образуют «куперовские пары», позволяющие току течь без сопротивления.
«Мы искали в сверхпроводимости подсказки — может ли такое взаимодействие резко снизить энергию», — поясняет Колдуэлл. — «Куперовские пары доказывают, что такой механизм существует».
Этот процесс объясняет снижение плотности энергии Вселенной после Большого взрыва и рост плотности массы, формирующей галактики.
«Самое неожиданное в нашей модели — резкое падение энергии, связывающее высокую плотность энергии с низкоэнергетическими сгустками», — говорит Лян. «Это захватывающе», — говорит Колдуэлл. — «Мы предлагаем новый подход к пониманию и, возможно, идентификации темной материи, которая родилась из света — точнее, из частиц, похожих на фотоны».