5.2K
Авторы нового исследования, опубликованного 10 марта 2016 года в Physical Review Letters, полагают, что темная материя может состоять из частиц, каждая из которых весит примерно столько же, сколько клетка человека, и является достаточно плотной, чтобы стать миниатюрной черной дырой.
Темная материя составляет пять шестых всей материи во Вселенной, но ученые не знают, из чего она состоит. Она оправдывает свое название, темная материя невидима, так как не излучает, не отражает или даже блокирует свет. В результате темная материя сегодня может быть изучена лишь через ее гравитационное воздействие на нормальную материю.
Практически все предыдущие исследования загадочной материи исключали возможность того, что она состоит из известных материалов. До сих пор ученые сходятся во мнении, что темная материя состоит из нового вида частиц, которые существуют за пределами стандартной модели физики элементарных частиц, являющейся лучшим на сегодня описанием субатомного мира.Однако, некоторые модели предполагают, что эта космическая субстанция состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц, которые превосходят массу протона примерно в 100 раз. Но несмотря на многочисленные исследования, окончательно это не было подтверждено.
В новом исследовании ученые изучили верхний предел значения массы темной материи, то есть, они попытались понять, насколько массивными могут быть частицы, из которых она состоит, или насколько частица может быть тяжела, прежде чем станет миниатюрной черной дырой. В новой модели каждая из слабо взаимодействующих частиц весит примерно в 1019 раз больше протона, что составляет около 1 мкг. Для сравнения, типичная человеческая клетка весит около 3,5 мкг.
Исследователи предположили, что если эти частицы существуют, то признаки их наличия могут быть обнаружены в реликтовом излучении, послесвечении Большого взрыва, который создал нашу Вселенную около 13,8 миллиардов лет назад.
В настоящее время преобладает теория, что после Большого взрыва Вселенная выросла до гигантских размеров. Это огромный рывок роста, называемый инфляцией, объясняет подобие космоса во всех направлениях. После окончания периода инфляции остатки энергии начали разогревать Вселенную, эта эпоха называется «разогрев». Авторы нового исследования предполагают, что экстремальные температуры в процессе повторного нагрева могли бы произвести сверхтяжелые частицы в достаточном количестве, чтобы объяснить текущие гравитационные эффекты во Вселенной.
Впрочем, тепла в эпохе разогрева должно было быть значительно больше, чем предполагается в универсальной модели. В свою очередь, это тепло должно было оставить свою подпись в реликтовом излучении, которую, как предполагают исследователи, обнаружат в ближайшие несколько лет.Если темная материя состоит из сверхтяжелых частиц, то это открытие не только прольет свет на природу большей части материи во Вселенной, но и даст представление об эпохе инфляции, о том, как все начиналось.
Например, это будет означать, что инфляция происходила на очень больших энергиях, что в свою очередь означает, что эта эпоха производила не только колебания температуры в ранней Вселенной, но и искривляло пространство-время в виде гравитационных волн. Также это говорит нам о том, что энергия должна была распадаться на материю чрезвычайно стремительно, так как если бы это происходило слишком медленно, Вселенная охладилась бы до точки, в которой она не смогла бы производить планковские взаимодействующие частицы темной материи.