Одна з найбільших загадок сучасної науки — темна матерія — ймовірно, виникла ще до Великого вибуху. Нове дослідження фізиків Техаського університету в Остіні пропонує модель, яка пояснює утворення цієї дивної речовини в період космічної інфляції, що могла передувати самому Великому вибуху.
Традиційно вважається, що Великий вибух став початком усього: матерії, темної матерії, енергії та простору-часу. Після нього Всесвіт зазнав короткочасної космічної інфляції, коли його розміри збільшилися у 10 септильйонів разів за частку секунди. Проте деякі теорії припускають, що ця інфляція могла відбуватися до Великого вибуху. Дослідники з Остіну розробили модель «теплої інфляції через заморожування» (warm inflation via freeze-in, або скорочено WIFI), яка пояснює механізм утворення темної матерії у цей період.
Модель передбачає, що під час інфляції в результаті взаємодій між випромінюванням і частинками в так званій «тепловій ванні» утворювалися частинки темної матерії. Як зазначає астрофізикиня Кетрін Фріз, більшість моделей припускають, що все створене під час інфляції зникає через експоненціальне розширення Всесвіту. Однак WIFI демонструє, як частинки темної матерії могли «вижити» у цих умовах.
Що було до Великого вибуху
За загальноприйнятими уявленнями, до Великого вибуху Всесвіт перебував у стані сингулярності — точки з нескінченною щільністю і викривленням простору-часу. У цій точці відомі закони фізики не діють. Тому деякі фізики припускають, що Великому вибуху передувала інша епоха — чи то колапс попереднього Всесвіту, чи фаза космічної інфляції. Саме у цій фазі енергія могла перетворитися на матерію і світло, започаткувавши знайомий нам Всесвіт.
Тепла інфляція, яка лежить в основі моделі WIFI, припускає, що під час розширення Всесвіту відбувається вироблення випромінювання, що утворює «теплову ванну». Це середовище дозволяє здійснюватися мізерним, але важливим взаємодіям, зокрема утворенню частинок темної матерії через процес, названий УФ-заморожуванням. У цьому процесі темна матерія не досягає термодинамічної рівноваги з тепловою ванною, а її температура залишається нижчою за певний критичний рівень. Розрахунки команди показують, що цей механізм міг створити достатню кількість темної матерії, щоб пояснити її обсяги, зафіксовані астрономічними спостереженнями.
Очікування на підтвердження теорії
Хоча модель WIFI ще не може бути безпосередньо перевірена, її елементи можуть підтвердитися найближчим часом. Наприклад, майбутні дослідження космічного мікрохвильового фону, такі як проєкт CMB-S4, можуть надати докази на користь теплої інфляції. Якщо ці спостереження підтвердять правильність цієї парадигми, це значно підсилить аргументи на користь того, що темна матерія утворилася саме так, як описано у моделі WIFI.
Ця гіпотеза є однією з багатьох теорій, що прагнуть пояснити походження темної матерії. Інші моделі припускають, що темна матерія виникла пізніше, наприклад, під час «Темного Великого вибуху». Проте дослідження команди з Остіна пропонує унікальний механізм, який узгоджується з наявними даними й відкриває нові перспективи для розуміння ранніх етапів еволюції Всесвіту.
Раніше ми повідомляли про те, як було знайдено джерело першого світла в темному просторі.
За матеріалами Science Alert
