Что такое тёмная материя?
Физики пытаются ответить на этот вопрос с тех пор, как первые наблюдения далёких галактик показали, что лишь пятая часть всего «вещества» во Вселенной — это видимая материя, с которой мы сталкиваемся каждый день. Остальные 80% — это загадочная тёмная материя, которую пока не удалось напрямую обнаружить.
Существование тёмной материи объясняет гравитационные силы, удерживающие галактики вместе и обеспечивающие их вращение.
Сотни экспериментов по всему миру пытаются первыми обнаружить частицу тёмной материи. Но все эти эксперименты основаны на теории, которая помогает понять, что именно мы ищем.
Большинство этих экспериментов основано на идее, что тёмная материя состоит из какой-то новой или экзотической формы частиц, часто называемых слабо взаимодействующими массивными частицами (WIMP).
Новый подход к объяснению происхождения тёмной материи
Физик из Калифорнийского университета в Санта-Крузе (UCSC) в США опубликовал два исследования, в которых предлагается новый подход к объяснению происхождения тёмной материи.
«Зеркальная Вселенная» в начале времён
Профессор Стефано Профумо опирается на хорошо зарекомендовавшую себя квантовую хромодинамику (QCD). Это фундаментальная теория сильного взаимодействия, которая объясняет, как кварки и глюоны связываются вместе, в том числе образуя протоны и нейтроны в ядрах атомов.
Профумо предлагает концепцию «зеркального мира», или тёмного сектора, со своими «тёмными» версиями фундаментальных частиц и сил. Этот гипотетический тёмный сектор является частью нашей Вселенной, но пока не обнаружен. Профумо утверждает, что он мог возникнуть в условиях первых секунд существования Вселенной.
В первой статье предполагается, что в тёмном секторе существует зеркальный «тёмный QCD» с собственными тёмными кварками и тёмными глюонами. Они связываются вместе, образуя более тяжёлые частицы. Профумо утверждает, что в самой ранней Вселенной эти тяжёлые тёмные частицы могли стать достаточно плотными и тяжёлыми, чтобы коллапсировать в чрезвычайно маленькие, стабильные объекты, похожие на чёрные дыры, которые взаимодействуют с обычной материей только через гравитацию.
Если бы таких объектов было достаточно, они могли бы объяснить эффекты тёмной материи, наблюдаемые во Вселенной сегодня.
Вселенная как одна большая чёрная дыра?
В другой статье Профумо рассматривает другой механизм создания тёмной материи — гипотетический короткий период ускоренного расширения Вселенной после начальной фазы инфляции, последовавшей за Большим взрывом.
Может случиться так, что Вселенная в этот период расширялась быстрее, чем это допускали бы излучение или материя. Это могло привести к излучению новых частиц. Эта теория «космического горизонта» вдохновлена горизонтом событий чёрной дыры.
Стивен Хокинг в 1974 году показал, что горизонт событий теоретически должен излучать пары частиц из-за взаимодействия квантовой механики и термодинамики с экстремальной кривизной пространства-времени вокруг чёрной дыры.
Теперь это излучение называется «излучением Хокинга». Возможно, аналогичный эффект мог возникнуть на «космическом горизонте», что привело к созданию частиц тёмной материи.
«Оба механизма являются весьма спекулятивными, но они предлагают самодостаточные и поддающиеся расчёту сценарии, которые не опираются на общепринятые модели тёмной материи из частиц, которые всё больше подвергаются давлению из-за отрицательных результатов экспериментов», — говорит Профумо в пресс-релизе USCS.