Ученые из США предложили по-новому взглянуть на происхождение темной материи

Фото из открытых источников

Физики предложили оригинальный механизм формирования темной материи в ранней Вселенной. Как сообщается в журнале Physical Review Letters, команда ученых из Дартмутского колледжа разработала модель, объясняющую, как безмассовые частицы могли трансформироваться в массивные элементы темной материи вскоре после Большого взрыва. Эта гипотеза может внести существенный вклад в понимание природы загадочной субстанции, составляющей около 85% всей материи Вселенной.

Темная материя остается одной из наиболее интригующих загадок современной космологии. Мы не способны наблюдать ее непосредственно, но ощущаем ее присутствие благодаря гравитационному влиянию на поведение галактик и распространение света во Вселенной. Несмотря на многочисленные попытки объяснить ее природу, ученые до сих пор точно не знают, из чего состоит темная материя.

Профессор Роберт Колдуэлл, возглавляющий исследовательскую группу, предлагает рассматривать образование темной материи как процесс, аналогичный фазовому переходу. По его словам, этот процесс можно сравнить с конденсацией пара в воду, когда происходит качественное изменение физических свойств вещества. В случае с темной материей, первоначально легкие безмассовые частицы под воздействием определенных условий приобретали массу и образовывали плотные структуры.

Исследователи утверждают, что в первые мгновения после Большого взрыва космическое пространство было заполнено горячими частицами, напоминающими фотоны. В этом первичном "супе" безмассовые частицы начали объединяться в пары, подобно тому, как противоположные полюса магнита притягиваются друг к другу. С постепенным расширением и охлаждением Вселенной возник энергетический дисбаланс, спровоцировавший фазовый переход, в результате которого частицы приобрели массу.

Ученые проводят параллель между этим процессом и формированием куперовских пар в сверхпроводниках – явлением, при котором электроны при экстремально низких температурах образуют устойчивые пары, способные перемещаться без сопротивления. Колдуэлл и его коллега Лян предполагают, что схожий механизм мог привести к возникновению частиц темной материи в ранней Вселенной.

Важным аспектом новой гипотезы является то, что она предсказывает наличие специфического "отпечатка" в реликтовом излучении – космическом микроволновом фоне. Этот сигнал теоретически может быть обнаружен с помощью современных наблюдательных инструментов, таких как обсерватория Саймонс или масштабный проект CMB Stage 4. Данная особенность теории делает ее потенциально проверяемой эмпирическим путем, что выгодно отличает ее от многих альтернативных гипотез.

Предложенная модель также предлагает объяснение постепенного уменьшения плотности энергии Вселенной с течением времени – феномена, который давно интересует астрофизиков. Хотя данная гипотеза пока остается теоретической конструкцией, она базируется на строгих математических расчетах и согласуется с фундаментальными физическими принципами.

Профессор Колдуэлл подчеркивает, что их концепция открывает принципиально новый взгляд на темную материю, представляя ее не как пассивный и неизменный компонент Вселенной, а как динамическую субстанцию с собственной историей эволюции.