Нова теоретична модель може пояснити невловимість темної матерії

Дві найбільші загадки фізики, темна матерія і додаткові виміри, можуть виявитися пов’язаними. Нове дослідження припускає, що властивості цієї невидимої субстанції визначає прихований п’ятий вимір. Через це в ранньому Всесвіті вона активно взаємодіяла, а згодом стала майже непомітною для приладів.

Ілюстрація темної матерії в центрі Чумацького Шляху, що резонує через вищий вимір
Ілюстрація темної матерії в серці Чумацького Шляху, що резонує через вищий вимір. Авторство: Robert Lea

Гравітація без світла

Темна матерія нічого не випромінює, не поглинає і практично не взаємодіє зі світлом, тому побачити її безпосередньо неможливо. Про її присутність свідчить лише гравітаційний вплив. Саме вона утримує галактики від розпаду, а також викривлює світло далеких об’єктів — явище, відоме як гравітаційне лінзування.

За сучасними оцінками, маса темної матерії у Всесвіті приблизно вп’ятеро перевищує масу звичайної речовини. При цьому її частинки майже не взаємодіють зі звичайною матерією, тому можуть безперешкодно проходити крізь планети, зорі й навіть людське тіло, практично не залишаючи жодних слідів.

Додаткові виміри

Йдеться не про паралельні всесвіти з наукової фантастики. Фізики мають на увазі напрямки, згорнуті до мікроскопічних масштабів і тому непомітні у повсякденному досвіді.

Подія в Києві на перетині мистецтва, космосу та технологій! Дізнатися більше

Сама ідея має столітню історію. Ще у 1920-х роках Теодор Калуца та Оскар Клейн спробували об’єднати гравітацію з електромагнетизмом, додавши до простору-часу п’ятий вимір. Відтоді ідея додаткових вимірів стала важливою складовою багатьох сучасних теорій, зокрема теорії струн та M-теорії, які передбачають існування 10 або 11 вимірів простору-часу.

Темні фотони та резонанс

Разом із темною матерією у п’ятому вимірі, як повідомляє Space.com, може існувати ще одна гіпотетична частинка — темний фотон. Це можливий переносник окремої взаємодії у темному секторі, аналог звичайного фотона, який переносить електромагнітну взаємодію.

Геометрія додаткового виміру формує особливий спектр мас частинок темної матерії. За певних умов між ними виникає резонанс, який автори порівнюють із сильним звучанням музичного інструмента на певних нотах. Саме цей ефект може визначати сучасну кількість темної матерії у Всесвіті.

Пояснення для раннього Всесвіту

За словами співавтора дослідження Юй-Дая Цая із Шеффілдського університету, резонанс міг значно посилювати взаємодії темної матерії у вирішальні епохи космічної історії, зокрема невдовзі після Великого вибуху. Водночас підхід показує, чому сьогодні вона здається інертною і чому її так важко зареєструвати.

Попередні подібні моделі розглядали це явище як готове припущення без глибшого обґрунтування. Автори нової роботи вивели його безпосередньо з геометрії прихованих вимірів.

Завдяки цьому фізики отримали конкретні цілі для майбутніх пошуків невидимої субстанції. Результати опубліковані в рецензованому журналі Physical Review D.

Новини інших медіа
Г’ю Еверетт. Як з’явилася теорія мультивсесвіту
Обсерваторія LISA допоможе відкрити нову популяцію екзопланет
Одна світлина комети 144 роки тому перевернула уявлення людства про небо
Звідки прилітають комети? Запрошуємо школярів на зустріч з астрофізикинею Оленою Шубіною
Дві чорні діри виявились несподівано важкими для раннього Всесвіту
Більшість вуглецю на Землі походить із віддалених куточків Сонячної системи
Роман про кінець світу приніс фантасту Букерівську премію
На околицях Сонячної системи виявили космічного вигнанця з дивною орбітою
Науковці змоделювали безжиттєву Землю віком 5 млрд років
Телескоп Subaru показав форму та температуру ядра комети Енке