Паралельний світ чи "темне дзеркало Всесвіту": як з’явилася таємнича темна матерія

Американський вчений запропонував дві провокативні ідеї, які можуть допомогти нарешті розгадати головну таємницю Всесвіту — походження темної матерії. Ці вражальні гіпотези кидають виклик звичним уявленням про фізику.

Про це повідомляє сайт університету Санта-Крус.

Темна матерія: що це і чому вона важлива

Темна матерія — це одна з найголовніших загадок сучасної фізики. Хоча ми не можемо її побачити, наука має безліч доказів її існування. Саме ця таємнича субстанція, яка становить близько 80% усієї матерії у Всесвіті, відповідає за те, що галактики не розлітаються. Її наявність підтверджують і такі спостереження, як великомасштабна структура Всесвіту та вимірювання космічного мікрохвильового фону.

Що ж залишається невідомим, так це походження та властивості частинок темної матерії. Саме на ці питання намагався відповісти фізик Стефано Профумо у двох своїх нещодавніх дослідженнях. Він припустив, що темна матерія могла виникнути природним шляхом в умовах раннього Всесвіту, а не бути екзотичною новою частинкою, яка взаємодіє зі звичайною матерією.

Теорія «дзеркального світу»

Одне з досліджень Профумо припускає, що темна матерія могла утворитися в «прихованому секторі» — своєрідному «дзеркальному світі» з власними версіями частинок і сил. Цей «тіньовий» сектор, повністю невидимий для нас, підкорявся б багатьом тим самим законам фізики, що й наш Всесвіт.

Ця ідея базується на теорії квантової хромодинаміки, яка описує, як кварки пов’язані всередині протонів і нейтронів. Профумо припустив, що у «тіньовому» секторі може існувати своя «темна» версія цієї сили з «темними» кварками та глюонами, які, з’єднуючись, утворюють «темні баріони». За певних умов у ранньому Всесвіті ці баріони могли стати достатньо щільними, щоб під дією власної гравітації колапсувати в надзвичайно малі чорні діри або об’єкти, що поводяться так само.

«Це такий сценарій, що пропонує нову, перевірену основу, яка базується на добре відомій фізиці», — зазначає Профумо.

Якби вони були утворені у потрібній кількості, ці чорні діри могли б становити всю темну матерію, яку ми спостерігаємо сьогодні. Оскільки вони взаємодіють лише через гравітацію, їх неможливо виявити за допомогою наших приладів.

Темна матерія з краю Всесвіту

Друге дослідження професора Профумо пропонує ще одну теорію: темна матерія могла виникнути внаслідок розширення «космічного горизонту» Всесвіту. «Космічний горизонт» — це межа спостережуваного Всесвіту, щось на кшталт горизонту подій чорної діри.

Вчений припустив, що якщо Всесвіт пережив короткий період прискореного розширення після Великого вибуху, то на цій межі могли виникнути частинки. Використовуючи принципи квантової теорії поля у викривленому просторі-часі, Профумо показав, що цей механізм міг породити темну матерію з широким діапазоном мас. Важливо, що ця теорія не потребує припущень про те, як саме темна матерія взаємодіє. Їй достатньо бути стабільною, а її поява пояснюється гравітаційними ефектами.

«Обидва механізми є дуже спекулятивними, але вони пропонують самодостатні та обчислювані сценарії, які не покладаються на традиційні моделі темної матерії», — говорить Профумо.

Ці моделі останнім часом перебувають під тиском через відсутність експериментальних доказів. Нові теорії розширюють наше розуміння фізики та відкривають нові можливості для вивчення таємничої темної матерії, яка наповнює наш Всесвіт.