«Больших взрывов было два»: ученые выдвинули прорывную гипотезу, связанную с темной материей

Темная материя — это загадочная субстанция, которая составляет около 85% всей массы Вселенной. Она невидима и не взаимодействует с электромагнитным излучением, поэтому ее очень трудно обнаружить.

Из «котла» Большого взрыва

Согласно стандартной космологической модели, темная материя образовалась вместе с обычной материей во время Большого взрыва. Однако эта модель сталкивается с некоторыми трудностями, в частности, с невозможностью объяснить, почему темную материю так трудно обнаружить.

Второй Большой взрыв

Исследователи из Техасского университета в Остине предложили новую гипотезу, согласно которой темная материя могла образоваться отдельно от обычной материи во время второго Большого взрыва, который произошел через месяц после первого.

Новая гипотеза

Согласно этой гипотезе, первый — горячий — Большой взрыв породил только излучение и видимую материю, исключая темную материю. Однако если темный сектор изначально был бы холодным, то он содержал бы лишь небольшое количество энергии вакуума по сравнению с существующей плотностью излучения.

Энергия вакуума, не подверженная красному смещению, в дальнейшем может стать значительной, хотя она никогда не будет доминировать в плотности энергии Вселенной. При распаде этой энергии во время темного фазового перехода может образоваться большое количество темной материи и, возможно, темного излучения.

«Темный Большой взрыв»

Исследователи назвали эту основную фазу «темным Большим взрывом». Они предполагают, что в результате второго Большого взрыва могли возникнуть по крайней мере три различных типа частиц темной материи, каждый из которых был более странным, чем другой.

Если бы фазовый переход был внезапным, то массивные частицы образовались бы в виде расширяющихся пузырьков, переводящих систему из одного состояния в другое, подобно пузырькам кипящей воды. При столкновении эти пузыри лопаются, высвобождая свою энергию.

В сценарии «темного Большого взрыва» пузыри были бы настолько энергоемкими, что при их столкновении образовались бы гигантские частицы, масса которых примерно в 10 000 миллиардов раз больше массы протона. Эти гипотетические частицы получили прозвище «даркзилла», в честь вымышленного гигантского японского монстра.

«Частицы-каннибалы»

С другой стороны, если бы фазовый переход был постепенным, то темный Большой взрыв породил бы частицы меньшего размера, похожие на WIMPs. Они взаимодействовали бы с темными версиями фундаментальных сил, например, с темным электромагнетизмом, порождая темные фотоны. Однако в отсутствие этих сил образовавшиеся частицы не смогли бы сбалансировать свою энергию за счет поглощения или создания темных фотонов. Чтобы компенсировать это, они превратились бы в «темные частицы-каннибалы», пожирающие друг друга в попытке сохранить равновесие.

Исследователи считают, что пузыри фазовых переходов, связанные с «темным Большим взрывом», могут оставлять отчетливые отпечатки пульсаций в пространстве-времени в виде гравитационных волн. По их мнению, анализ этих волн, впервые обнаруженных в 2016 году, может подтвердить их теорию.

Конечно, эта гипотеза еще находится на ранней стадии разработки, и ее необходимо проверить экспериментально. Однако она предлагает новый и интересный взгляд на происхождение темной материи.