Novo istraživanje sugeriše da tamna materija nije morala da nastane "hladna" — mogla je biti rođena "vruća" tokom post-inflacionog zagrevanja, potom se odvojiti i dovoljno ohladiti da deluje kao hladna tamna materija pri formiranju galaksija. Ova ideja može povratiti u razmatranje neutrino male mase kao kandidat. Tim planira laboratorijske testove i analize ranih kosmičkih signala kako bi proverio hipotezu.
Nova teorija: Tamna materija je možda bila rođena „vruća“ — to menja pravila kosmologije
An illustration shows a spiral of hot dark matter spewing forward from the Big Bang . | Credit: Robert Lea (created with Canva)
Novo istraživanje sugeriše da tamna materija, dugo neuhvatljiva i misteriozna komponenta svemira, možda nije morala da nastane "hladna" kako se obično veruje — već je mogla biti rođena izuzetno "vruća" i brza, a potom se ohladiti pre formiranja prvih galaksija. Ako se ova ideja potvrdi, to bi moglo zahtevati reviziju ili proširenje standardnog modela kosmologije ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter).
Tamna materija je nevidljiva zato što ne interaguje sa elektromagnetnim zračenjem (svetlom). Zbog toga se isključuje da je sastavljena od običnih čestica poput protona, neutrona i elektrona. Osim toga, u kosmosu tamna materija premašuje običnu materiju odnosom otprilike 5:1, što je razlog za intenzivnu potragu za njenim mikrofizičkim sastavom.
Alternativno poreklo: Post-inflaciono zagrevanje
Autori rada predlažu da tamna materija može biti stvorena tokom faze nazvane post-inflaciono zagrevanje — perioda kada je inflaciono polje propadalo i transformisalo energiju u gustu i vrelu "supu" radijacije i čestica. U takvim uslovima, čestice tamne materije mogle su nastati sa brzinama bliskim brzini svetlosti (tj. bile bi "vruće").
„Tamna materija je zloglasno enigmatična. Jedna od retkih stvari koje o njoj znamo jeste da ona mora biti hladna“, rekao je vođa istraživanja Stephen Henrich (School of Physics and Astronomy, University of Minnesota). „Naši rezultati pokazuju da to nije neophodno: tamna materija može biti užareno vruća pri nastanku, ali imati dovoljno vremena da se ohladi pre formiranja galaksija.“
Ključna ideja je da tamna materija može prestati da značajno interaguje sa običnom materijom i fotonima dok je još veoma brza — proces poznat kao decoupling (odvajanje). Ako se odvoji tokom post-inflacionog zagrevanja, ima dovoljno vremena da kinetički "ohladi" svoj raspored brzina i kasnije deluje poput hladne tamne materije, stvarajući gravitaciona udubljenja (potencijale) u koja se obična materija skuplja prilikom formiranja struktura.
Moguć povratak neutrinu male mase
Ova hipoteza može povratiti u igru jednog od ranih kandidata — neutrino male mase — koji je pre oko četiri decenije odbačen jer se smatralo da bi relativistički (vrlo brzi) neutrini sprečili nastanak galaktičkih struktura. Ako su takvi kandidati proizvedeni i potom se ohladili na opisani način, mogli bi se ponašati kao efektivno hladna tamna materija.
„Neutrino je dugo bio primer 'vruće' tamne materije, gde formiranje struktura zahteva hladnu komponentu“, rekao je Keith Olive (University of Minnesota). „Iznenađujuće je da sličan kandidat, proizveden u pravom trenutku tokom nastanka vrućeg Big Banga, može da se ohladi i postane kompatibilan sa strukturama koje vidimo danas.“
Tim planira da testira ovu ideju i laboratorijski — kroz eksperimentе sa ubrzivačima čestica i druge detektore — kao i analizom signala iz ranog univerzuma. Ako se potvrdi, otkriće bi imalo velike implikacije za razumevanje rane kosmologije i fizike čestica.
„Sa našim novim nalazima, možda ćemo moći da pristupimo periodu u istoriji univerzuma veoma blizu Velikom prasku“, rekao je Yann Mambrini (Université Paris-Saclay).
Istraživanje je objavljeno u novembru u časopisu Physical Review Letters.
Pomozite nam da budemo bolji.
