Невидимая субстанция, называемая темной материей, остается одной из самых больших загадок в космологии. Новое исследование предполагает, что эта странная субстанция возникает из “темной зеркальной вселенной”, которая связана с нашей с начала времен.
Что, если мир темной материи – это зеркало нашего мира, только с нарушенным набором правил? Это может объяснить, почему темной материи так много, но она невидима, предполагает новая теория.
Темная материя – загадочное, неизвестное вещество, которое, похоже, составляет большую часть всей массы во Вселенной; на каждый килограмм обычной материи приходится примерно 5 кг темной. Она не взаимодействует ни со светом, ни с обычной материей. Единственный способ, которым ученые могут ее обнаружить, – это тонкое гравитационное влияние на обычную материю, например, движение звезд внутри галактик и рост сверхкрупных структур в космическом времени.
Легко представить, что, поскольку материя и темная материя действуют по разным правилам, одна из них будет полностью доминировать над другой. Но, несмотря на совершенно разные свойства, количество нормальной материи и темной материи все еще находится на одном уровне. Это кажется странным совпадением. Чтобы объяснить это, ученые предположили, что между ними может существовать некая скрытая связь. Исследователи предположили, что для каждого физического взаимодействия в обычной материи существует его зеркальное отражение в мире темной материи. По словам ученых, это новый вид симметрии в природе, связывающий миры нормальной и темной материи.
Такая симметрия поможет объяснить, почему у темной и обычной материи примерно одинаковое содержание.
В статье исследователи отмечают еще одно странное совпадение. В физике обычной материи нейтрон и протон имеют почти одинаковую массу, что позволяет им связываться друг с другом и образовывать стабильные атомы. Если бы протон был хоть немного тяжелее, он был бы абсолютно нестабилен и распался бы всего за несколько минут, сделав образование атомов невозможным. В этом воображаемом сценарии Вселенная осталась бы бескрайним морем свободно плавающих нейтронов.
Возможно, предполагают исследователи, такой воображаемый, разрушенный космос может быть реальностью в зеркальной версии нашей Вселенной, состоящей из темной материи. Особое сочетание физических явлений привело к тому, что протон в нашем мире имеет примерно ту же массу, что и нейтрон; возможно, в зеркале темной материи это сочетание физики сыграло иначе, заставив “темный протон” испариться и оставить после себя море “темных нейтронов” – то, что мы и называем темной материей.
Хотя предложенная модель зеркала допускает возможность разнообразных взаимодействий между частицами темной материи – темные атомы, темная химия и темная периодическая таблица темных элементов, – слишком много взаимодействий быть не может, отмечают исследователи. Если темная материя будет много взаимодействовать сама с собой, она будет иметь тенденцию объединяться в те же атомы гораздо сильнее, чем думают ученые. Поэтому большая часть темной материи должна быть относительно простой – море свободно плавающих нейтральных частиц.
Эти дополнительные взаимодействия, которые были бы темным зеркалом нашего химического мира, могут позволить будущим ученым проверить эту теорию. В ранней Вселенной обычная материя подверглась нуклеосинтезу, когда первые элементы образовались в ядерной плазме. Если эта новая идея верна, то в темной материи также происходил свой зеркальный нуклеосинтез. В те ранние дни первородного хаоса между двумя мирами могли открыться порталы, позволяющие им влиять друг на друга.
Тщательно измеряя скорость образования элементов – то, что надеются сделать космологические обсерватории нового поколения, – ученые, возможно, смогут найти доказательства существования одного из этих порталов и заглянуть в зеркальную темную Вселенную.
Исследование опубликовано в журнале препринтов arXiv.
Читайте также: Темная материя может иметь свою собственную “невидимую” периодическую таблицу элементов