Згідно з новими дослідженнями, Всесвіт міг створити темну матерію в перші кілька хвилин Великого вибуху. Потім ці частинки потрапили в надщільні кишені. Деякі з цих кишень відкололися, перетворившись на чорні діри, які потім розчинилися в зливі багатьох «видів» частинок темної матерії, створивши «періодичну таблицю невидимих елементів темної матерії», пише астрофізик Пол Саттер.
Фізики досі намагаються пояснити темну матерію — таємничу, невидиму форму, яка становить переважну більшість маси Всесвіту. Хоча космологи та астрономи знайшли непрямі докази існування темної матерії, від швидкості обертання зірок у галактиках до найбільших структур, видимих у космосі, вони не визначили точно, що таке темна матерія.
Попередня робота припускала, що темна матерія проста: єдиний вид надзвичайно легкої частинки, яка заполонила Всесвіт, і яка майже ніколи не взаємодіяла зі звичайною матерією. Але інтенсивні пошуки нових таких частинок не дали результатів. Це змусило космологів задуматися, чи можуть частинки темної матерії бути набагато рідшими, але також набагато важчими. Проте фізики-теоретики намагалися знайти моделі, які б засіяли ранній Всесвіт потрібною кількістю таких важких частинок.
У новому дослідженні, опублікованому в жовтні в базі даних препринтів arXiv , команда космологів знайшла спосіб генерувати масивні частинки темної матерії незабаром після Великого вибуху. Фокус полягав у тому, щоб посипати чорні діри.
У документі зазначається, що ранній Всесвіт зазнав серйозних фазових переходів, коли сили природи відокремилися одна від одної, перейшовши від єдиної об’єднаної сили до чотирьох фундаментальних сил сучасності. З кожним переходом основна фізика змінювалася.
Дослідники виявили, що надважка темна матерія може потрапити в пастку під час одного з цих фазових переходів раннього Всесвіту. Якби перехід був безладним, це призвело б до утворення бульбашок, де деякі кишені Всесвіту перейшли до нової фізики, а решта ще не встигли змінитися (як кипіння води, коли газова фаза води, захоплена бульбашками, оточує рідиною).
Згідно з їхньою моделлю, найдавніша темна матерія була легкою, а темна матерія пізніших періодів була важкою. У цьому сценарії темна матерія потрапляє в пастку всередині бульбашок, де щільність різко зростає до точки, коли вся темна матерія руйнується й утворює чорні діри. Ці чорні діри незабаром випаровуються через випромінювання Хокінга задовго до появи нормальної матерії.
Але коли чорні діри випаровуються, темна матерія повертається, оскільки чорні діри викидають нові частинки темної матерії, перш ніж вони помруть, показала модель команди. Цей розумний механізм обмежує загальну кількість масивної темної матерії у Всесвіті, тому що її лише стільки може вийти з чорних дір, перш ніж вони повністю випаруються.
Цей процес випаровування також генерує безліч видів частинок темної матерії. Хоча всі частинки темної матерії мають багато спільних характеристик (наприклад, ймовірно, майже повну невидимість), вони будуть відрізнятися своїми масами, швидкостями та способами взаємодії зі звичайною матерією. У цій моделі темна матерія — це величезна сукупність різних видів частинок, подібно до того, як звичайна матерія складається з усієї періодичної таблиці елементів.
До експериментальних доказів цієї ідеї ще далеко, оскільки зараз це глибоко гіпотетична концепція. Безпосереднє виявлення одного або кількох видів частинок темної матерії, безумовно, підтримало б цю ідею. І астрономи зараз розробляють способи спостереження гравітаційних хвиль від Великого вибуху, що дасть нам прямий спостережний доступ до цієї критичної епохи в історії Всесвіту.
На фото: зведене зображення, що демонструє розподіл темної матерії, галактик і гарячого газу в ядрі скупчення галактик Abell 52. Сині області показують регіони з найбільшою масою; темна матерія становить більшу частину цієї маси. (Автор зображення: NASA, ESA, CFHT, CXO, MJ Jee (Університет Каліфорнії, Девіс) і A. Mahdavi (Університет штату Сан-Франциско))