Большой взрыв мог сопровождаться теневым, «темным» Большим взрывом, который «затопил» космос таинственной темной материей, считают ученые. И мы можем наблюдать доказательства этого события, изучая рябь в ткани пространства-времени — гравитационные волны.
Основная теория
Большинство космологов считают, что после Большого взрыва в первые моменты своего существования Вселенная пережила период быстрого и заметного расширения — инфляцию. Никто не знает, что ее спровоцировало, но выяснить это необходимо, чтобы объяснить множества наблюдений, таких как геометрическая плоскость Вселенной в больших масштабах.
Предположительно, инфляция была вызвана неким экзотическим квантовым полем, которое представляет собой фундаментальную сущность, пропитывающую все пространство-время. В конце инфляции это поле распалось на поток частиц и излучения, вызвав «Горячий Большой взрыв», который физики обычно связывают с началом Вселенной. Эти частицы продолжали сливаться в первые атомы, когда космосу было около 12 минут, и — сотни миллионов лет спустя — начали собираться в звезды и галактики.
Недостающий ингредиент
Но есть еще один ингредиент космологической смеси: темная материя. В астрономии и космологии, а также в теоретической физике форма материи, — это не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению. Составляет порядка четверти массы-энергии Вселенной и проявляется только в гравитационном взаимодействии.
В простейших моделях окончание инфляции и последовавший за ним Горячий Большой взрыв также затопили Вселенную темной материей, которая эволюционировала по независимому пути. Но это предположение сделано «просто для простоты» и чтобы хоть как-то объяснить ее появление и существование, считают авторы нового исследования. Кроме того, поскольку темная материя не взаимодействует с нормальной, у нее мог быть свой собственный «темный» Большой взрыв, утверждают исследователи.
Темный Большой Взрыв
В своей работе исследователи изучили, как мог бы выглядеть Темный Большой взрыв. Они выдвинули гипотезу о существовании нового квантового поля — так называемого «темного поля», необходимого для того, чтобы темная материя могла формироваться совершенно независимо.
В этом новом сценарии Темный Большой взрыв начался только после того, как инфляция исчезла, а Вселенная расширится и остынет достаточно, чтобы заставить темное поле совершить свой собственный фазовый переход, где оно трансформируется в частицы темной материи.
Исследователи пришли к выводу, что Темный Большой взрыв должен подчиняться определенным ограничениям; если слишком рано, сегодня будет слишком много темной материи, а если слишком поздно, ее будет слишком мало. Но если еще один взрыв произошел, когда Вселенной было меньше месяца, это согласуется со всеми известными наблюдениями.
В чем плюсы теории?
Теория о Темном Большом взрыве имеет несколько преимуществ. Во-первых, она согласуется с тем, что ученые знают о темной материи: если она не взаимодействует с обычной материей, то у них нет причин иметь общее происхождение. Во-вторых, это позволяет исследователям создавать модели темной материи, не беспокоясь о том, как они повлияют на поведение нормальной в самые ранние времена. Это дает ученым гораздо больше гибкости при создании моделей. А самое главное, новая теория физиков дает ответ на главный вопрос Вселенной — как и откуда появилось такое количество невидимой темной материи.
Можно ли проверить теорию?
Кроме того, исследователи обнаружили, что Темный Большой взрыв создает особую сигнатуру в гравитационных волнах, которые представляют собой рябь в пространстве-времени, которая до сих пор распространяется по Вселенной. Это означает, что однажды теорию можно будет проверить.
Исследователи признают, что текущие эксперименты с гравитационными волнами не обладают достаточной чувствительностью, чтобы найти признаки Темного Большого взрыва. Но другой зонд гравитационных волн, использующий временную матрицу пульсаров, такой как эксперимент NANOGrav, мог бы справиться с этой задачей.
Читать далее:
«Море» кварков внутри одного протона: из чего состоит элементарная частица
Посмотрите на карту Марса с самым высоким разрешением: 110 000 кадров и 5,7 трлн пикселей
Ученые изучили сверхяркий объект, который нарушает закон физики