Zapomniana teoria ciemnej materii wraca. UFO ma być kluczem
UFO i ciemna materia w jednym równaniu? Nowa teoria sugeruje, że kosmiczne widma mogły powstać tuż po Wielkim Wybuchu.
Ciemna materia, która stanowi nawet 85 proc. masy całego kosmosu, wciąż pozostaje niewidzialna dla naszych detektorów. Teraz fizycy proponują, by odkurzyć niemal porzuconą teorię sprzed dekad – zaktualizowaną o nowy, ekstremalnie wczesny etap dziejów Wszechświata. Kluczem ma być mechanizm o skrócie UFO, tyle że zamiast latających spodków chodzi o relatywistyczne zamarzanie ciemnej materii tuż po Wielkim Wybuchu.
Neutrina wracają zza grobu
Jeszcze w latach 70. wielu fizyków było wręcz przekonanych, że zagadkę ciemnej materii rozwiążą zupełnie zwyczajne cząstki z modelu standardowego. Podejrzanymi były wtedy neutrina, czyli niemal bezmasowe, elektrycznie obojętne cząstki, które przelatują przez Ziemię praktycznie bez większych interakcji.
W tamtych scenariuszach zakładano, że w bardzo młodym Wszechświecie panowały tak wysokie temperatury, że neutrina nieustannie zderzały się z innymi cząstkami. Z czasem kosmos się rozszerzał i chłodził, a neutrina odklejały się od reszty materii – przestawały oddziaływać i zaczynały samotny lot z prędkością bliską prędkości światła. Nazywano to gorącą ciemną materią i uważano za coś naturalnego.
Problem pojawił się jednak wtedy, gdy coraz dokładniejsze symulacje pokazały, co takie ultraszybkie cząstki zrobiłyby z młodym Wszechświatem. Ich ogromne prędkości skutecznie rozmazywałyby różnice gęstości w kosmicznej zupie, z której miały później powstać pierwsze galaktyki. Mówiąc prościej: gdyby ciemna materia była aż tak gorąca, struktura kosmosu wyglądałaby zupełnie inaczej, niż obserwujemy to w teleskopach.
W efekcie pomysł neutrinowej ciemnej materii trafił do szuflady, a na scenę wkroczyły nowe gwiazdy – WIMP-y i FIMP-y, czyli hipotetyczne cząstki spoza modelu standardowego, o odpowiednio silniejszych lub słabszych oddziaływaniach z normalną materią. Przez kolejne dekady to właśnie one dominowały w wyobraźni fizyków.
UFO, czyli ultraszybkie zamarzanie
Nowa praca teoretyków opisana na PHYS.ORG proponuje zaskakujący zwrot akcji: nie wyrzucajmy starej koncepcji do kosza, tylko przenieśmy ją w jeszcze wcześniejszą epokę kosmosu. Kluczowym hasłem jest tu ultrarelatywistyczne zamarzanie, w skrócie UFO. Zamarzaniem fizycy nazywają moment, w którym dana populacja cząstek przestaje skutecznie zderzać się z resztą plazmy we Wszechświecie. Od tej chwili ich liczba i energia przestają nadążać za zmianami temperatury – cząstki wypadają z równowagi i zaczynają żyć własnym życiem.
Klasyczne scenariusze zakładały, że taki proces zachodzi w dobrze znanej erze rządów promieniowania, gdy kosmiczna przestrzeń jest wypełniona gorącym, gęstym gazem fotonów i cząstek. Nowa koncepcja przesuwa UFO w czas niemal do samego początku – tuż po zakończeniu inflacji, czyli epizodu gwałtownego, wykładniczego rozszerzania się Wszechświata.
Po inflacji energia kosmosu była zamknięta w jednym, dominującym polu kwantowym. To ono stopniowo rozpadało się na zwykłe cząstki. Autorzy badań proponują, że właśnie wtedy mogły powstać i od razu odłączyć się od reszty specjalne, niemal nieuchwytne cząstki ciemnej materii. Na starcie byłyby piekielnie szybkie, niemal jak pierwotnie rozważane neutrina, jednak dzięki temu, że odłączyły się od reszty materii tak wcześnie, miałyby dużo więcej czasu, by w trakcie kosmicznej ewolucji ostygnąć. Jednocześnie zachowałyby istotą cechę, a mianowicie ekstremalnie słabe oddziaływania z normalną materią.
UFO bez spodków, ale z szansą na odkrycie
W tym wszystkim skrót UFO może trochę brzmieć jak żart i swego rodzaju ukłon w stronę popkultury, która latami łączyła ciemną materię z latającymi spodkami. W nowej teorii nie ma jednak nic z ufologii. Chodzi o konkretne, matematycznie opisane zjawisko fizyczne, w którym ciemna materia zamarza przy ekstremalnych prędkościach.
Przeczytaj także:
Paradoksalnie to właśnie ta naukowa wersja UFO może być najlepszym wyjaśnieniem, dlaczego niczego dotąd nie widzimy i dlaczego pierwsze galaktyki ułożyły się w przestrzeni dokładnie tak, jak pokazują to obserwacje. Fizycy podkreślają, że to tak naprawdę dopiero początek drogi. Z jednej strony trzeba sprawdzić, jak mechanizm UFO wpasowuje się w inne elementy kosmologicznej układanki – od promieniowania tła po powstawanie gromad galaktyk. Z drugiej – przełożyć go na konkretne strategie eksperymentalne, tak by przyszłe detektory miały choć cień szansy na zarejestrowanie tak nieuchwytnej materii.
*Źródło grafiki wprowadzającej: Triff / Shutterstock
