В ранней Вселенной произошло странное: след в космосе, который может раскрыть тайну тёмной материи

Что, если тёмная материя, загадочное вещество, формирующее структуру Вселенной, когда-то была… светом? Исследователи из Дартмутского колледжа предложили смелую гипотезу, которая может объяснить, как безмассовые частицы, подобные фотонам, вдруг обрели массу и стали тем, что сегодня составляет 85% всей материи во Вселенной.

Новая модель, основанная на старом излучении

По данным, опубликованным в Physical Review Letters, в ранней Вселенной, вскоре после Большого взрыва, существовали релятивистские безмассовые частицы.

Исследователи Роберт Колдуэлл и Гуаньмин Лян считают, что некоторые из них начали притягиваться друг к другу — словно полюса магнитов — из-за противоположных направлений вращения. В какой-то момент пары этих частиц резко сбросили энергию и… стали тяжёлыми.

"Тёмная материя начала свою жизнь как почти безмассовые частицы, почти как свет. наша теория объясняет, как она превратилась в сгустки, которые теперь придают массу галактикам", — поясняет Колдуэлл.

Переход как в сверхпроводниках

Учёные проводят аналогию с куперовскими парами — парами электронов, которые в сверхпроводниках могут передавать ток без сопротивления.

В их модели похожим образом безмассовые частицы объединялись в пары, теряли энергию и становились тяжёлыми.

"Мы обратились к сверхпроводимости, чтобы понять, может ли взаимодействие привести к такому резкому падению энергии, куперовские пары доказывают, что такой механизм возможен", — рассказывает Колдуэлл.

Этот переход от "энергетического кофе" к "овсянке на воде" (как образно выразился Лян) объясняет, почему энергия Вселенной снизилась, а масса, наоборот, сформировалась.

Как это проверить?

Самое интересное — теория может быть проверена. Учёные предполагают, что эти "тяжелевшие" пары частиц могли оставить характерный след в реликтовом излучении — космическом микроволновом фоне, оставшемся после Большого взрыва.

Обсерватория Саймонс в Чили и проект CMB Stage 4 уже собирают данные, которые могут либо подтвердить, либо опровергнуть эту гипотезу.

"Это захватывающе. Мы предложили простой и проверяемый способ изучения тёмной материи", — говорит Колдуэлл.

Уточнения

Тёмная мате́рия — в астрономии и космологии, а также в теоретической физике гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению. Составляет порядка четверти массы-энергии Вселенной и проявляется только в гравитационном взаимодействии.

Рели́ктовое излуче́ние (лат. relictum — остаток), косми́ческое сверхвысокочасто́тное фо́новое излуче́ние — равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение, возникшее в эпоху первичной рекомбинации водорода, было предсказано теоретически Георгием Гамовым в 1948 году в рамках теории Большого взрыва.