Темная материя, возможно, существовала до Большого взрыва - новое исследование

Большое количество конкретных типов частиц (известных как скаляры) были созданы во время космической инфляции. Если темная материя имеет какую-либо связь с этими скалярными частицами, она может предшествовать Большому взрыву.

Около 85 процентов массы вселенной состоит из таинственного материала, называемого темной материей. Он не поглощает, не излучает и не отражает свет или любую другую известную форму излучения. Кроме того, он не имеет электромагнитного заряда и не взаимодействует с другими веществами, кроме как через гравитацию.

Хотя ученые показали, как темная материя влияет на образование галактик и скоплений галактик, о ее происхождении известно немногое. В настоящее время считается, что темная материя является остатком материала Большого взрыва.

Теперь исследователи из Университета Джона Хопкинса обнаружили новую связь между астрономией и физикой элементарных частиц. Это указывает на то, что темная материя родилась до Большого взрыва, и это повлияло на распределение галактик по всей вселенной.

В течение десятилетий ученые пытались наблюдать темную материю, но все проведенные до сих пор эксперименты не дали никаких плодотворных результатов. По мнению исследовательской группы, если бы после Большого взрыва родилась темная материя, мы бы уже зафиксировали прямые сигналы в различных экспериментах по физике элементарных частиц.

Новая математическая структура

Новые расчеты показывают, что темная материя могла образоваться во время космической инфляции (экспоненциальное расширение пространства в ранней Вселенной). Это быстрое расширение длилось от 10–36 секунд до 10–32 секунд после предполагаемой сингулярности Большого взрыва.

В течение этого периода было создано большое количество конкретных типов частиц - известных как скаляры. До сих пор астрономам удалось обнаружить только одну скалярную частицу - бозон Хиггса.

Происхождение темной материи является загадкой, но если она имеет какую-либо связь со скалярными частицами, она может предшествовать Большому взрыву.

Новые расчеты не учитывают какие-либо новые типы взаимодействий между темной материей и видимыми материалами за пределами гравитационного воздействия, что уже известно. Математическая структура учитывает широкий спектр сценариев, в которых большое свободное скалярное поле неизбежно достигает равновесия между его квантовой и классической динамикой в ​​характерном масштабе времени во время инфляции и приводит к плотности темной материи.

Хотя теория о том, что темная материя предшествует «взрыву Бинга», была представлена ​​несколько раз в прошлом, новые результаты показывают, что теоретики всегда не могли определить простые математические сценарии происхождения темной материи.

Кроме того, в этом исследовании предлагается метод проверки происхождения темной материи путем анализа воздействия, которое она оказывает на распределение видимых материалов во вселенной.

Новое исследование также предлагает способ проверить происхождение темной материи путем наблюдения сигнатур, которые темная материя оставляет на распределении материи во вселенной. Хотя очень трудно обнаружить такую ​​темную материю в экспериментах с частицами, ее можно найти в астрономических наблюдениях.

Европейское космическое агентство запустит спутник Евклид в 2022 году. Этот видимый для ближнего инфракрасного пространства телескоп поможет ученым узнать больше о темной материи и темной энергии.