Исследование, опубликованное 7 августа в Physical Review Letters, представляет новую идею о том, как родилась темная материя и как идентифицировать ее с помощью астрономических наблюдений.
"Исследование выявило новую связь между физикой элементарных частиц и астрономией. Если темная материя состоит из новых частиц, родившихся до Большого взрыва, они уникальным образом влияют на распределение галактик в небе.
Эту связь можно использовать, чтобы раскрыть их личность и сделать выводы о временах до Большого взрыва », – говорит Томми Тенканен, научный сотрудник по физике и астрономии из Университета Джонса Хопкинса и автор исследования.
Хотя о ее происхождении известно немного, астрономы показали, что темная материя играет решающую роль в формировании галактик и скоплений галактик.
Хотя это и не наблюдается напрямую, ученые знают, что темная материя существует благодаря ее гравитационному воздействию на то, как видимая материя движется и распределяется в пространстве.
Долгое время исследователи считали, что темная материя должна быть веществом, оставшимся после Большого взрыва. Исследователи давно искали этот вид темной материи, но пока все экспериментальные поиски безуспешны.
«Если бы темная материя действительно была пережитком Большого взрыва, то во многих случаях исследователи уже должны были видеть прямой сигнал темной материи в различных экспериментах по физике элементарных частиц», – говорит Тенканен.
Используя новую простую математическую схему, исследование показывает, что темная материя могла образоваться до Большого взрыва в эпоху, известную как космическая инфляция, когда пространство расширялось очень быстро. Считается, что быстрое расширение приводит к обильному производству определенных типов частиц, называемых скалярами.
Пока что открыта только одна скалярная частица – знаменитый бозон Хиггса.
"Мы не знаем, что такое темная материя, но если она имеет какое-либо отношение к каким-либо скалярным частицам, она может быть старше Большого взрыва. С предлагаемым математическим сценарием нам не нужно предполагать новые типы взаимодействий между видимой и темной материей помимо гравитации, о которых мы уже знаем », – объясняет Тенканен.
Хотя идея о том, что темная материя существовала до Большого взрыва, не нова, другие теоретики не смогли прийти к расчетам, подтверждающим эту идею.
Новое исследование показывает, что исследователи всегда упускали из виду простейший математический сценарий происхождения темной материи, говорит он.
Новое исследование также предлагает способ проверить происхождение темной материи, наблюдая за следами, которые темная материя оставляет на распределении материи во Вселенной.
"Хотя этот тип темной материи слишком неуловим, чтобы его можно было обнаружить в экспериментах с частицами, его присутствие можно обнаружить в астрономических наблюдениях.
Мы скоро узнаем больше о происхождении темной материи, когда в 2022 году будет запущен спутник Евклид. Будет очень интересно увидеть, что он откроет о темной материи, и можно ли будет использовать его результаты, чтобы заглянуть во времена до Большого взрыва."