Темна матерія може бути продуктом гравітаційних хвиль з завихренням
Порушення симетрії
Протягом десятиліть точний склад матерії у Всесвіті збивав з пантелику як астрономів, так і фізиків. Здавалося б, що, з огляду на основні припущення про походження Всесвіту, до сих пір немає способу пояснити «відсутню» темну матерію, яка становить до чверті всього матерії у Всесвіті. Ось чому тріо дослідників запропонувало нову теорію темних матерії, яка могла б пояснити, як виникла темна матерія.
Ми знаємо, що темна матерія існує, тому що ми можемо спостерігати, як її гравітація взаємодіє з видимою матерією і електромагнітним випромінюванням. Там щось є, хоча ми ще не можемо його побачити або на пальці зрозуміти, що це таке.
В новому дослідженні Еван Макдоноу і Стефан Олександр з Університету Брауна з Девідом Спергелем з Прінстонського університету припустили, що механізм, пов'язаний з гравітаційними хвилями - в основному, брижі в тканини простору і часу, вперше теоретизувати Ейнштейном і підтверджений існують тільки в 2016 році - могли б пояснити, як виникла темна матерія.
Команда Макдонау використовувала модель початкової всесвіту, яка передбачала наявність частинок, званих кварками темної матерії, які не такі, як сьогоднішня темна матерія. Ці темні кварки можуть мати властивість, зване хиральністю, що відноситься до того, як частинки скручуються, подібно нейтрино. Хіральність або «ручность» цих темних кварків могла тоді взаємодіяти з хіральними гравітаційними хвилями в ранньому Всесвіті, створюючи темну матерію, яку ми маємо сьогодні.
Легше і простіше
Імовірно, коли всесвіт осіла в більш прохолодне стан, взаємодії між хіральними темними кварками і хірального гравітаційними хвилями привели до невеликого надлишку першого. Вони сконденсировались в виверткий стан матерії, зване сверхтекучей рідиною, яке сьогодні може існувати як фонове поле. Те, що ми знаємо як темну матерію, пропонується як порушення цієї фонового поля, так само як фотони є збудженнями електромагнітного поля.
Цікаво, що частинки темної матерії, отримані в результаті такої моделі, будуть легше, ніж те, що відомо як слабо взаємодіють масивні частинки (WIMP), які, на думку багатьох дослідників, можуть становити темну матерію. Однак не було достатньо доказів, щоб припустити, що це так. У всякому разі, бути легше, ніж WIMP, означало б, що темна матерія буде взаємодіяти з нормальною матерією. «Це набагато більше, ніж WIMP», - сказав Спергель New Scientist.
Таким чином, ця теорія темної речовини могла б змінити те, як ми повинні «дивитися» на темну матерію, так як було б неможливо побачити такі частинки безпосередньо. На відміну від WIMP, ці частинки також розподілялися б більш рівномірно по всій галактиці. У той же час відношення темної матерії і нормального речовини не обов'язково буде постійним у всьому Всесвіті.
Спергель пояснив, однак, що це унікальне поведінка може також надати нам спосіб знайти темну матерію. Більш рівномірний, некластерізованний розподіл темної матерії може перетікати в космічний мікрохвильовий фон - залишкове випромінювання Великого Вибуху - і створювати унікальну підпис. Це може навіть вплинути на формування великомасштабних структур, таких як скупчення галактик. Можливо, це також може вплинути на гравітаційні хвилі.
В будь-якому випадку будь-яка нова теорія темних матерів, безумовно, вітаємо, тому що експерти продовжують вивчати інші можливості обліку темної матерії - або навіть взагалі відмовитися від неї.
«Це класна ідея, - сказав Майкл Пескин зі Стенфордського університету, який не брав участі в дослідженні, - сказав New Scientist. «Прямо зараз темна матерія повністю відкрита. Все, що ви можете зробити, вносить нову ідею в цю область, воно відкриває двері. І тоді вам потрібно спуститися по цьому коридору і подивитися, чи є там цікаві речі, які припускають нові експерименти. Це відкриває ще одні двері.
Джерела: New Scientist, arXiv
