Na tropie wielkiej tajemnicy. Ciemna materia mogła powstać wcześniej, niż myśleliśmy
Naukowcy z Teksasu odkryli, że tajemnicza ciemna materia, która stanowi większość materii we Wszechświecie, mogła powstać znacznie wcześniej niż dotychczas sądzono. To przełomowe odkrycie może na nowo zdefiniować nasze rozumienie początków kosmosu.
Wielki kosmiczny żart ciemnej materii polega na tym, że chociaż jej nie widzimy, najwyraźniej stanowi ona ogromną większość całej materii we wszechświecie. Dosłownie nie widzimy lasu z powodu drzew. Nie jesteśmy też pewni, kiedy i skąd się wzięła.
Ciemna materia stanowi około 27 proc. całkowitego bilansu masy i energii Wszechświata i 80 proc. całkowitej materii. Nie emituje światła ani innych form promieniowania, co sprawia, że jest niewidzialna dla teleskopów. Jej istnienie odkryto na podstawie wpływu grawitacyjnego na widoczne obiekty, takie jak galaktyki. Bez niej Wszechświat nie byłby w stanie funkcjonować w formie, jaką znamy dzisiaj.
Teoria, która rzuca nowe światło
Przez dekady naukowcy zastanawiali się, jak i kiedy ciemna materia mogła się uformować, a fizycy teoretyczni proponowali różne hipotezy powstawania tej tajemniczej materii. W wielu modelach jest ona tworzona stopniowo poprzez drobne, rzadkie interakcje z cząsteczkami w gorącym, energetycznym środowisku.
Naukowcy z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin, pod przewodnictwem Katherine Freese, zaproponowali nowy model produkcji ciemnej materii o nazwie WIFI (Warm Inflation via Freeze-In, co oznacza produkcję ciemnej materii podczas ciepłej inflacji za pomocą metody zamrażania).
Ich teoria rzuca nowe światło na procesy, które mogły zachodzić w najwcześniejszych momentach istnienia Wszechświata. Naukowcy opublikowali wyniki badań w Physical Review Letters.
Inflacja kuźnią ciemnej materii
Praca ujawnia nowy mechanizm w okresie przyspieszonej ekspansji zwanej kosmiczną inflacją, co prowadzi do znacznego powstawania ciemnej materii znacznie wcześniej niż w istniejących teoriach.
Okres Inflacji to jeden z najwcześniejszych momentów w historii znanego nam Wszechświata. W ciągu miliardowej części biliardowej części sekundy Wszechświat rozrósł się o współczynnik 1026, co można porównać do pojedynczej bakterii rozszerzającej się do rozmiarów Drogi Mlecznej.
Rzeczą, która jest wyjątkowa w naszym modelu, jest to, że ciemna materia jest skutecznie produkowana podczas inflacji. W tym scenariuszu pole kwantowe napędzające inflację traci część swojej energii na rzecz promieniowania, a to promieniowanie z kolei wytwarza cząstki ciemnej materii poprzez mechanizm zwany zamrażaniem
– powiedziała Katherine Freese, który kieruje Instytutem Fizyki Teoretycznej Weinbergai w Teksańskim Centrum Kosmologii i Astrofizyki Cząstek.
Więcej o tajemniczej ciemnej materii przeczytasz na Spider's Web:
Na razie nie ma bezpośredniej możliwości potwierdzenia tego proponowanego modelu, ale badacze mówią, że kluczowa jego część, zwana ciepłą inflacją, zostanie przetestowana w ramach nadchodzących eksperymentów dotyczących mikrofalowego promieniowania tła oraz badań wielkoskalowych struktur we wszechświecie.
Jeśli przyszłe obserwacje potwierdzą, że ciepła inflacja miała faktycznie miejsce, znacznie wzmocni to argument za tym, że ciemna materia powstaje w sposób opisany w naszym badaniu
– powiedziała Katherine Freese.
Rewolucyjne zmiany w początkach Wszechświata
Nowa teoria wprowadza rewolucyjne zmiany w naszym rozumieniu początków Wszechświata. Po pierwsze, może to pomóc wyjaśnić, dlaczego ciemna materia jest tak wszechobecna i jak wpływa na strukturę galaktyk. Po drugie, jeśli produkcja ciemnej materii zaczęła się podczas inflacji, możliwe jest, że jej własności są ściśle związane z samym mechanizmem inflacyjnym. Otwiera to nowe drogi do testowania teorii inflacji za pomocą danych astrofizycznych.
Jedno jest pewne – Wszechświat wciąż skrywa przed nami wiele tajemnic, a każda nowa teoria zbliża nas o krok do ich rozwikłania. Może już wkrótce uda się odpowiedzieć na pytanie, czym tak naprawdę jest ciemna materia i jakie były jej najwcześniejsze chwile. Tymczasem pozostaje nam śledzić postępy nauki i zachwycać się kreatywnością ludzkiego umysłu.
