|
Замораживание возродит теорию темной материи
|
|
|
|
Новая теория происхождения темной материи предполагает, что быстро движущиеся темные частицы, подобные нейтрино, могли отделиться от частиц стандартной модели гораздо раньше, чем предполагали предыдущие теории.
|
|
|
|
Благодаря новому исследованию, опубликованному в журнале Physical Review Letters, команда под руководством Стивена Хенриха и Кита Олива из Университета Миннесоты предполагает, что этот механизм "ультрарелятивистского замораживания" мог привести к образованию частиц темной материи, которые почти невозможно обнаружить, но все же совместимы с наблюдаемой историей Вселенной.
|
|
|
|
Несмотря на то, что темная материя составляет около 85% от общей массы Вселенной, никогда не было замечено, чтобы она взаимодействовала с обычной материей иначе, как посредством гравитации, что делает ее происхождение одной из самых загадочных в космологии.
|
|
|
|
Ранние теории и меняющиеся перспективы
|
|
|
|
В 1970-х годах физики широко верили, что темная материя, возможно, состоит из нейтрино: крошечных, не имеющих заряда частиц, которые являются частью Стандартной модели, но крайне слабо взаимодействуют с другими частицами стандартной модели.
|
|
|
|
Этот оригинальный сценарий "горячего замораживания" мог бы разыграться в эпоху ранней Вселенной, когда в энергии преобладало излучение, а экстремальные температуры означали, что нейтрино изначально часто взаимодействовали с другими частицами стандартной модели. По мере расширения и охлаждения Вселенной нейтрино отделялись от других форм материи, сохраняя при этом свои ультрарелятивистские скорости.
|
|
|
|
|
|
|
Однако в 1980-х годах дальнейшие расчеты показали, что эта "горячая темная материя" должна была быстро распределять энергию по всей ранней Вселенной, сглаживая колебания плотности, которые необходимы для окончательного формирования первых галактик.
|
|
|
|
"С тех пор ультрарелятивистским замораживанием в значительной степени пренебрегали как жизнеспособным механизмом образования темной материи", - объясняет Хенрих.
|
|
|
|
"Вместо этого двумя доминирующими кандидатами на темную материю были слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP) и слабо взаимодействующая массивная частица (FIMP)". Обе эти теоретические частицы существуют за пределами стандартной модели, и, несмотря на десятилетия интенсивных поисков, прямых обнаружений по—прежнему не хватает.
|
|
|
|
Возвращаясь к ультрарелятивистскому замораживанию
|
|
|
|
В своем исследовании команда Хенриха вновь обратилась к теории ультрарелятивистского замораживания (UFO), предположив, что этот процесс мог произойти даже раньше в истории Вселенной, чем считалось ранее.
|
|
|
|
Почти сразу после Большого взрыва Вселенная начала экспоненциально расширяться, и вся ее энергия сосредоточилась в едином квантовом поле ("инфлатоне"), что привело к резкому снижению ее температуры. Проведя свои расчеты, команда исследователей предполагает, что НЛО могли произойти вскоре после окончания периода инфляции — в эпоху, получившую название "повторного нагрева".
|
|
|
|
"Во время повторного нагрева квантовое поле, ответственное за инфляцию, распадается на частицы излучения стандартной модели", - описывает Хенрих. "Это радикально меняет способ производства темной материи".
|
|
|
|
Если ультрарелятивистская темная материя отделилась от частиц стандартной модели еще в тот момент, когда они только формировались из квантового поля, стимулирующего инфляцию, команда предполагает, что эта темная материя, хотя и родилась горячей, имела бы достаточно времени, чтобы остыть в течение периода доминирования излучения, так что они не были бы разрушительными к раннему образованию галактик.
|
|
|
|
"Мы также показали, что UFO является неизбежным промежуточным режимом между стандартными режимами WIMP и FIMP для многих типов взаимодействий", - добавляет Хенрих. Это говорит о том, что ультрарелятивистская темная материя будет взаимодействовать с обычной материей еще слабее, чем WIMP, хотя и не так слабо, как FIMP.
|
|
|
|
Значение для обнаружения темной материи
|
|
|
|
Впервые эта теория объяснила бы, почему темная материя НЛО оставалась незаметной для наземных детекторов, в то же время позволяя формироваться самым ранним галактикам.
|
|
|
|
"Поскольку мы определили, какие массы DM и сила взаимодействия совместимы с этим механизмом, возможно, в ходе текущих или будущих экспериментов по обнаружению темной материи удастся найти эту категорию кандидатов в темную материю, которой долгое время пренебрегали", - говорит Хенрих.
|
|
|
|
Источник
|
