Новое исследование ученых из Университета Миннесоты и Университета Париж-Сакле ставит под сомнение десятилетиями существовавшую теорию о природе темной материи. Физики предполагают, что это загадочное вещество, вопреки общепринятым представлениям, могло быть «невероятно горячим» – движущимся почти со скоростью света – в момент своего образования, а не холодным и медленным, как считалось ранее.
Работа, опубликованная в престижном научном журнале Physical Review Letters, предлагает пересмотреть процесс возникновения темной материи в ранней Вселенной. Это расширяет горизонты для понимания ее происхождения и возможного взаимодействия с другими формами материи. Десятилетиями в космологии доминировала модель холодной темной материи. Считалось, что ее частицы должны были двигаться медленно в момент отделения от плотного и горячего «супа» из излучения, наполнявшего молодую Вселенную. Именно это свойство – медлительность – считалось ключевым для последующего формирования галактик и крупномасштабной структуры космоса.
Чтобы пересмотреть это фундаментальное предположение, исследовательская группа сосредоточилась на критическом, но малоизученном этапе космической истории – периоде так называемого постинфляционного разогрева. В это время, сразу после окончания фазы стремительного расширения, известной как инфляция, Вселенная начала активно наполняться частицами. Ученые проанализировали, как темная материя могла возникнуть в этот энергетически насыщенный период и как это повлияло бы на ее дальнейшее поведение. Ранее идеи о «горячей» темной материи, такой как низкомассивные нейтрино, были отвергнуты, поскольку их высокая скорость привела бы к «размыванию» скоплений вещества, препятствуя образованию галактик.
«Простейший кандидат на роль темной материи – нейтрино – был исключен более 40 лет назад, поскольку он бы уничтожил структуры галактического масштаба, а не послужил бы их семенем, – поясняет профессор Кит Олив, один из авторов исследования. – Удивительно, что похожий кандидат, если бы он возник в момент зарождения горячей Вселенной, мог бы остыть до такой степени, чтобы фактически вести себя как холодная темная материя».
Новое исследование показывает, что частицы темной материи могли отделиться от остального вещества, будучи еще ультрарелятивистскими, то есть чрезвычайно горячими, но успели бы достаточно замедлиться до начала формирования галактик. Секрет кроется именно в периоде разогрева, который предоставил достаточно времени для охлаждения частиц по мере расширения Вселенной. «Одно из немногих, что мы знаем о темной материи, – это то, что она должна быть холодной, – говорит ведущий автор статьи Стивен Хенрих. – Наши недавние результаты показывают, что это не обязательно так: темная материя может быть раскаленной при рождении, но у нее будет время остыть, прежде чем начнут формироваться галактики».
В дальнейшем команда планирует изучить, как такие частицы можно было бы обнаружить. Возможные методы включают прямые поиски на ускорителях частиц или косвенные – через астрономические наблюдения. «Благодаря нашим новым выводам мы, возможно, сможем заглянуть в период истории Вселенной, очень близкий к Большому взрыву», – заключает соавтор работы, профессор Ян Мамбрини. Это открытие не только меняет взгляд на одну из величайших загадок космоса, но и открывает новые пути для исследования самого зарождения нашего мира.
