„Ciemny Wielki Wybuch” mógł stworzyć ciemną materię

Najnowsze badanie ujawnia nowe wskazówki, które mogą całkowicie zmienić rozumienie przez astronomów pochodzenia ciemnej materii. Sugeruje ono, że mogła powstać przez „Ciemny Wielki Wybuch”, tuż po narodzinach Wszechświata.

.Naukowcy z Colgate University, Cosmin Ilie i Richard Casey, zbadali koncepcję przedstawioną przez dwóch naukowców z University of Texas w Austin, Katherine Freese i Martina Winklera, sugerującą, że ciemna materia mogła powstać w wyniku oddzielnego „Ciemnego Wielkiego Wybuchu” („Dark Big Bang”), który miał miejsce wkrótce po narodzinach Wszechświata.

Naukowcy powszechnie przyjmują, że cała materia wypełniająca Wszechświat (w tym ciemna materia) pochodzi z jednego wielkiego wydarzenia – Wielkiego Wybuchu. Odpowiada to końcowi okresu inflacji kosmologicznej, kiedy energia próżni, która napędzała bardzo krótką, ekstremalną fazę ekspansji kosmosu, została przekształcona w gorącą plazmę promieniowania i cząstek.

Jedną z największych tajemnic kosmosu, jak twierdzą badacze, jest pochodzenie i natura ciemnej materii, która stanowi około 25 proc. budżetu energetycznego dzisiejszego Wszechświata. Chociaż nie została ona jeszcze bezpośrednio wykryta ani zaobserwowana w akceleratorach cząstek, jej efekty grawitacyjne zostały mocno ugruntowane w skali galaktycznej i pozagalaktycznej. Ciemna materia pozostawia również obserwowalne ślady w elektromagnetycznej poświacie Wielkiego Wybuchu, tak zwanym kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła.

W 2023 roku Freese i Winkler zaproponowali, że ciemna materia, w przeciwieństwie do zwykłej materii, mogła powstać w wyniku oddzielnego wydarzenia do Wielkiego Wybuchu, które mogło mieć miejsce kilka miesięcy po nim. W tym modelu cząstki ciemnej materii powstały w wyniku rozpadu pola kwantowego, które łączyło się tylko z „Ciemnym Sektorem” (Dark Sektor – w fizyce cząstek elementarnych jest hipotetycznym zbiorem jeszcze niezaobserwowanych pól kwantowych i odpowiadających im hipotetycznych cząstek) i były początkowo uwięzione w fałszywym metastabilnym stanie próżni.

W najnowszym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Physical Review D, naukowcy z Colgate University, udoskonalili model opisujący „Ciemny Wielki Wybuch”, identyfikując wszystkie możliwe scenariusze jego zajścia, które pozostają zgodne z aktualnymi danymi eksperymentalnymi.

Badanie odkryło wcześniej niezbadany zakres możliwych parametrów, które mogłyby wyjaśnić pochodzenie ciemnej materii. Udało się również zidentyfikować potencjalne obserwowalne konsekwencje tych nowych scenariuszy, w szczególności generowanie fal grawitacyjnych, które mogą być wykrywalne przez przyszłe eksperymenty.

„Wykrycie fal grawitacyjnych generowanych przez Ciemny Wielki Wybuch może dostarczyć kluczowych dowodów na tę nową teorię ciemnej materii. Dzięki obecnym eksperymentom, takim jak International Pulsar Timing Array (IPTA) i nadchodzącym Square Kilometer Array (SKA), możemy wkrótce dysponować narzędziami do testowania tego modelu na niespotykane dotąd sposoby” – podkreśla Ilie.

.Wykrycie fal grawitacyjnych tła w 2023 r. przez NANOGrav, będącą częścią przedsięwzięcia astronomicznego International Pulsar Timing Array, mogło być związane z tym jak zachodził „Ciemny Wielki Wybuch”. Zdaniem naukowców, przyszłe eksperymenty zapewnią bardziej precyzyjne pomiary, wyniki badania mogą pomóc udoskonalić zrozumienie parametrów rządzących tym niezwykłym wydarzeniem i potencjalnie potwierdzić, że było ono źródłem ciemnej materii. Jeśli zostałoby potwierdzone mogłoby również wpłynąć na rozumienie ewolucji całego Wszechświata.

Oprac. EG