Что такое темная материя? Этот вопрос — одна из главных загадок современной физики. Мы знаем, что это таинственное вещество составляет около 80% всей материи во Вселенной. Его гравитация удерживает галактики от разлетания, но мы не можем его увидеть или потрогать. Десятилетиями ученые пытались найти экзотическую частицу-кандидата, но все эксперименты заканчивались ничем. Недавняя работа профессора Стефано Профумо из Калифорнийского университета в Санта-Крузе предлагает радикально новый взгляд на эту проблему: что, если темная материя — это не частица, а проявление «зеркального мира», существующего параллельно нашему?
Эта гипотеза, опубликованная в журнале Physical Review D, опирается на хорошо изученные принципы физики, но применяет их неожиданным образом. Профессор Профумо предположил, что может существовать «скрытый сектор» или «теневая Вселенная» со своим набором частиц и сил, очень похожих на наши. В этом мире есть свои «темные кварки» и «темные глюоны», которые, подобно нашим, связываются вместе сильным взаимодействием.
Согласно теории, в условиях сверхвысоких температур и плотности ранней Вселенной эти темные частицы могли объединяться в «темные барионы». Эти частицы были бы настолько массивными и плотными, что могли бы сколлапсировать под собственной гравитацией, образуя крошечные, но чрезвычайно стабильные первичные черные дыры. Если в тот момент образовалось достаточное количество таких микро-черных дыр, их суммарная масса могла бы объяснить всю наблюдаемую сегодня темную материю.
В чем прелесть этой идеи? Она решает главную проблему. Такие «темные» черные дыры взаимодействовали бы с нашим миром только через гравитацию. Они были бы абсолютно невидимы для всех наших детекторов частиц, что идеально объясняет, почему мы до сих пор не можем «поймать» темную материю. При этом их гравитационное влияние на галактики и скопления галактик было бы именно таким, какое мы наблюдаем.
В другой своей работе профессор Профумо исследует еще одну смелую идею: темная материя могла родиться из самой ткани пространства-времени. В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная стремительно расширялась. Этот процесс, похожий на расширение горизонта событий черной дыры, мог «излучать» частицы чисто гравитационным путем, без какого-либо другого взаимодействия.
Обе эти теории, хоть и являются умозрительными, предлагают элегантный выход из тупика, в котором оказались поиски темной материи. Они предполагают, что ответ кроется не в поиске новых взаимодействий, а в самых фундаментальных свойствах гравитации и квантовой механики в экстремальных условиях ранней Вселенной. Возможно, темная материя — это не гость извне, а тень нашего собственного мира, родившаяся вместе с ним в момент творения.