Темная материя составляет около 80% всей материи во Вселенной, однако до сих пор не поддается прямому обнаружению. Поэтому ученые продолжают искать объяснение ее природы, предлагая все новые гипотезы, которые могли бы пролить свет на эту тайну. Недавно профессор Стефано Профумо из Калифорнийского университета в Санта-Крузе (США) предложил два новых сценария, которые основаны на известных законах физики, но при этом предполагают необычные и интригующие механизмы, связанные с ранней историей Вселенной.
“Зеркальная” Вселенная и скрытый сектор
Одна из гипотез профессора Профумо предполагает существование так называемого “скрытого сектора” — своеобразной “зеркальной” Вселенной. Она могла бы обладать собственным набором частиц, которые подчиняются тем же фундаментальным законам физики, что и наш мир, но остаются невидимыми для нас. Ключевую роль в этой теории играет аналог сильного ядерного взаимодействия, известный как “темная QCD” (квантовая хромодинамика).
В рамках этого взаимодействия предполагается существование темных кварков и темных глюонов, которые объединяются в составные частицы, называемые темными барионами. Они, согласно гипотезе, могли бы образовываться в условиях ранней Вселенной, где плотность и температура были чрезвычайно высокими. Особенно интересным аспектом этой теории является возможность образования миниатюрных черных дыр из темных барионов.
Эти крошечные объекты, по массе лишь немного превосходящие планковскую массу (около одной стомиллионной килограмма), могли бы образовываться в результате коллапса плотных скоплений темных частиц. Такие миниатюрные черные дыры, или объекты, ведущие себя подобно им, взаимодействуют с остальной Вселенной исключительно через гравитацию. Именно это делает их практически невидимыми для современных детекторов, которые настроены на поиск частиц, взаимодействующих с обычным веществом.
Темная материя и расширение космического горизонта
Вторая гипотеза профессора Профумо связана с расширением космического горизонта — границы, за пределами которой информация становится недоступной для наблюдателей. Его можно сравнить с горизонтом событий черной дыры, за пределами которого гравитация настолько сильна, что даже свет не может вырваться наружу. Согласно этой теории, после инфляционного этапа (момента стремительного расширения Вселенной в первые доли секунды после Большого взрыва) могла произойти еще одна фаза ускоренного расширения, хотя и менее экстремальная. В результате этого процесса, за счет квантовых эффектов в искривленном пространстве-времени, могли бы образовываться стабильные частицы. Эти частицы, взаимодействующие только через гравитацию, могли бы составить темную материю.
Интересно, что для реализации этой гипотезы не требуется наличие каких-либо экзотических взаимодействий и гипотетических сущностей. Достаточно того, чтобы частицы были устойчивыми и могли образовываться под действием гравитации. Таким образом, темная материя могла бы быть естественным следствием квантовых процессов в ранней Вселенной.
Проверяемость гипотез
Обе гипотезы профессора Профумо являются теоретическими, но они основаны на известных законах физики и позволяют строить проверяемые модели. Это особенно важно, поскольку традиционные сценарии, предполагающие существование экзотических частиц темной материи, все чаще подвергаются сомнению. Современные эксперименты, направленные на обнаружение таких частиц, пока не дали результатов, что заставляет ученых искать альтернативные объяснения.
Так, гипотеза о скрытом секторе может быть проверена с помощью космологических наблюдений, например, изучения распределения галактик и их движения под действием гравитации. Если темная материя действительно состоит из миниатюрных черных дыр, то их гравитационное влияние может оставлять следы, которые можно обнаружить.
Что касается гипотезы о частицах, возникших из-за расширения космического горизонта, ее проверка может быть связана с изучением реликтового излучения — слабого микроволнового фона, оставшегося после Большого взрыва. Квантовые эффекты, связанные с образованием темной материи, могли бы оставить характерные следы в этом излучении. Правда, пока не понятно, какие именно.
