Ученые из Германии и Великобритании предложили принципиально новый механизм рождения темной материи. Оказывается, загадочную субстанцию, из которой на четверть состоит наша Вселенная, могли «взболтать» гравитационные волны в первые мгновения после Большого взрыва.
Вот уже больше тридцати лет физики спускаются в глубокие шахты и строят гигантские резервуары с жидким ксеноном, надеясь поймать вимпы (WIMP) — массивные частицы, из которых, как считалось в рамках стандартных моделей, состоит темная материя. Но время идет, детекторы становятся всё точнее, а вимпов всё нет. Теоретикам приходится выкручиваться и искать новые способы объяснить, откуда взялась невидимая масса, которая не дает разлететься галактикам.
Иоахим Копп из Майнцского университета и Азаде Малекнеджад из Университета Суонси решили зайти с другой стороны. В своем новом исследовании они связали две главные физические темы последних лет — темную материю и гравитационные волны.
Обычно в новостях говорят о гравитационных волнах, когда где-то далеко сливаются черные дыры. Но авторов работы интересовал стохастический гравитационно-волновой фон — древний «белый шум» из колебаний пространства-времени. Эти реликтовые волны остались от самых ранних, хаотичных эпох расширения Вселенной — например, от фазовых переходов, когда юный космос стремительно остывал.
Ученые подсчитали, что в кипящем бульоне ранней Вселенной эти древние волны работали как гигантский космический миксер. Согласно расчетам, рябь пространства-времени могла спровоцировать процесс нетермического накопления частиц (так называемый freeze-in, или «вмораживание»). Говоря просто: сами колебания вакуума буквально заставляли рождаться легкие фермионы. В то время эти частицы не имели массы, но по мере взросления и расширения Вселенной они «потяжелели» и превратились в ту самую темную материю.
Почему работа заслуживает внимания? Ну, во-первых, это красиво. Механизм совершенно не требует, чтобы частицы темной материи изначально находились в тепловом равновесии с обычной материей (именно на этом условии буксует теория вимпов). Во-вторых, такой сценарий идеально подходит для объяснения образования ультралегкой темной материи, которую современные подземные детекторы в принципе не способны увидеть из-за слишком слабой отдачи при столкновении.
Авторы честно признаются, что дальше им предстоит написать тяжелый код для численных симуляций, чтобы получить более точные предсказания.
Ну а физикам-экспериментаторам придется подождать запуска космических гравитационных интерферометров следующего поколения (вроде европейского LISA или китайского «Тяньциня»). Возможно, именно в слабом шуме первобытных гравитационных волн они однажды услышат прямое доказательство рождения невидимой Вселенной.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Варп-двигатели могут посылать гравитационные волны сквозь Вселенную
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.