Темная материя
© Designed by Freepik by starline is licensed under public domain
Учёные UCSC предложили две новые теории происхождения тёмной материи
Две новые теоретические работы, представленные под руководством профессора Стефано Профумо из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, предлагают неожиданные и смелые ответы на один из главных вопросов современной науки — что такое тёмная материя и откуда она взялась.
Хотя существование этой загадочной субстанции, на долю которой приходится около 80% всей материи во Вселенной, подтверждено косвенными наблюдениями, её физическая природа по-прежнему остаётся неуловимой. Ни один из существующих детекторов не смог зафиксировать прямое взаимодействие тёмной материи с обычной. Это заставляет физиков искать новые концептуальные подходы — и Профумо со своей командой, похоже, сделал шаг в этом направлении.
В первой работе, опубликованной в Physical Review D, учёные предлагают рассматривать тёмную материю как продукт скрытого сектора — параллельного "мирка" с собственными частицами и силами, но подчинённого тем же фундаментальным законам, что и видимая Вселенная. По этой теории, в ранней Вселенной могли существовать тёмные аналоги кварков и глюонов, которые объединялись в "тёмные барионы" — гипотетические аналоги протонов и нейтронов.
Если эти тёмные барионы в определённых условиях коллапсировали под действием гравитации, они могли бы образовать первичные чёрные дыры или сверхплотные объекты, почти не взаимодействующие с окружающим миром. Эти объекты, обладая массой близкой к планковской, могли бы объяснить распределение тёмной материи в космосе, не прибегая к экзотическим частицам вроде WIMP (слабо взаимодействующих массивных частиц).
Важно, что такая модель базируется на известных физических принципах, таких как калибровочные теории SU(N), и не требует ввода новых, недоказанных взаимодействий.
Во втором исследовании Профумо идёт ещё дальше: он предполагает, что тёмная материя могла быть порождена в момент ускоренного расширения Вселенной, вскоре после космической инфляции. Согласно этому сценарию, сам космический горизонт — граница наблюдаемой Вселенной — мог бы излучать стабильные частицы, подобно тому, как горизонты чёрных дыр излучают частицы согласно эффекту Унру-Хокинга.
Этот механизм использует идеи квантовой теории поля в искривлённом пространстве-времени и не требует ни столкновений, ни прямых взаимодействий с обычной материей. Единственное необходимое условие — стабильность этих частиц и их способность влиять на эволюцию Вселенной через гравитацию.