Ciemna materia może być starsza niż… Wielki Wybuch?

Ciemna materia, która według naukowców stanowi 80% masy wszechświata, jest jedną z największych tajemnic współczesnej fizyki. Czym dokładnie jest i jak powstała jest zagadką, ale nowe badania naukowców z Johns Hopkins University wskazują, że ciemna materia mogła istnieć przed Wielkim Wybuchem.

Wyniki badań opublikowane 7 sierpnia w periodyku Physical Review Letters, opisują nowy pomysł na to jak powstała ciemna materia i jak można ją zidentyfikować w trakcie obserwacji astronomicznych.

“Badania wykazały nowy związek między fizyką cząstek a astronomią. Jeżeli ciemna materia składa się z nowych cząstek, które powstały przed Wielkim Wybuchem, mogą one w unikalny sposób wpływać na rozkład galaktyk na niebie. Związek ten można wykorzystać do odkrycia ich tożsamości oraz do nowych wniosków dotyczących czasu przed Wielkim Wybuchem” mówi Tommi Tenkanen, badacz z JHU oraz autor opracowania.

Choć nic nie wiemy o jej pochodzeniu, astronomowie wykazali,że ciemna materia odgrywa kluczową rolę w procesie formowania galaktyk i gromad galaktyk. Choć nie można jej bezpośrednio obserwować, naukowcy wiedzą o jej istnieniu dzięki temu, że oddziałuje ona grawitacyjnie z materią barionową.

Od dawna badacze podejrzewają, że ciemna materia musi być pozostałością po Wielkim Wybuchu. Badacze już długo poszukują tego typu ciemnej materii, ale jak na razie żadne eksperymenty nie przyniosły skutków.

“Gdyby ciemna materia faktycznie była pozostałością po Wielkim Wybuchu, to w wielu przypadkach badacze powinni dostrzec jej sygnał w różnych eksperymentach z zakresu fizyki cząstek” mówi Tenkanen.

Wykorzystując nowe, proste ramy matematyczne, badania wykazały, że ciemna materia mogła powstać przed Wielkim Wybuchem, w erze kosmicznej inflacji, gdy przestrzeń gwałtownie się rozszerzała. Gwałtowna ekspansja doprowadziła do obfitego powstawania określonych typów cząstek, zwanych skalarami. Jak dotąd jedyną cząstką skalarną jaką odkryto jest bozon Higgsa.

“Nie wiemy czym jest ciemna materia, ale jeżeli ma cokolwiek wspólnego z cząstkami skalarnymi, to może być starsza od Wielkiego Wybuchu. W proponowanym scenariuszu matematycznym, nie musimy zakładać nowego typu interakcji między materią barionową i ciemną, poza grawitacją, o której już wiemy” tłumaczy Tenkanen.

Choć sam pomysł, że ciemna materia istniała przed Wielkim Wybuchem, nie jest nowy, inni teoretycy nie byli dotąd w stanie podeprzeć swojego pomysłu obliczeniami. Nowe badania wykazują, że badacze zawsze pomijali najprostszy możliwy scenariusz matematyczny opisujący pochodzenie ciemnej materii.

Nowe badania wskazują także, że sposobem na pochodzenie ciemnej materii może być obserwowanie sygnatur ciemnej materii pozostawionych w rozkładzie materii we wszechświecie.

“Choć tego typu ciemna materia jest zbyt ulotna, abyśmy mogli ją dostrzec w eksperymentach z zakresu fizyki cząstek, może ukazać nam się w obserwacjach astronomicznych. Wkrótce dowiemy się więcej o pochodzeniu ciemnej materii, gdy satelita Euclid zostanie wyniesiony w przestrzeń kosmiczną w 2022 roku”.

Źródło: JHU

Share:

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.