Nowe badania wskazują, że ciemna materia może być zbudowana z cząstek, z których każda waży prawie tyle samo co ludzkie komórki i ma wystarczającą gęstość, aby stać się miniaturową czarną dziurą.
Podczas gdy ciemna materia jest uważana za pięć szóstych całej materii we wszechświecie, naukowcy wciąż nie wiedzą, z czego składa się ta dziwna substancja. Zgodnie ze swoją nazwą ciemna materia nie jest widoczna - nie emituje, odbija ani nawet nie blokuje światła. W rezultacie ciemna materia może być teraz badana tylko z powodu jej grawitacyjnego wpływu na zwykłą materię. A jej natura jest obecnie jedną z największych tajemnic w nauce.
Autorzy nowego badania naukowego powiedzieli, że jeśli ciemna materia składa się z takich supermasywnych cząstek, astronomowie mogą wykryć ich oznaki w poświacie Wielkiego Wybuchu.
Poprzednie badania ciemnej materii w dużej mierze wyeliminowały wszystkie znane konwencjonalne materiały jako kandydatów na te tajemnicze materiały. Efekty grawitacyjne przypisywane ciemnej materii obejmują ruchy orbitalne galaktyk: całkowita masa materii widzialnej w galaktyce, taka jak gwiazdy i chmury gazu, nie może wyjaśnić ruchów galaktyki, więc musi istnieć dodatkowa, niewidzialna masa. Naukowcy wciąż trzymają się opinii, że ta brakująca masa składa się z nowego rodzaju cząstek, które oddziałują bardzo słabo ze zwykłą materią. Te nowe cząstki będą istnieć poza standardowym modelem fizyki cząstek, który jest najlepszym bieżącym opisem świata subatomowego. Niektóre modele ciemnej materii sugerują, że ta kosmiczna substancja składa się ze słabo oddziałujących masywnych cząstek lub słabo oddziałujących masywnych cząstek (WIMP), które uważa się za około 100 razy większe od masy protonu. Wskazuje na to współautor badania McCullen Sandora, kosmolog z Uniwersytetu Południowej Danii. Niemniej jednak, pomimo licznych poszukiwań, naukowcy nie znaleźli ostatecznie żadnych UHF, pozostawiając możliwość, że cząstki ciemnej materii mogą składać się z jakiejś znaczącej innej substancji.
Teraz Sandora i jego koledzy badają górną granicę masy ciemnej materii - to znaczy próbują dowiedzieć się, jak masywne mogą być poszczególne cząstki, w oparciu o to, co naukowcy o nich wiedzą. W tym nowym modelu, znanym jako oddziałująca ciemna materia Plancka, każda ze słabo oddziałujących cząstek waży około 1019 lub 10 miliardów miliardów razy więcej niż proton, lub „mniej więcej tak ciężka, jak może być cząstka, zanim zamieni się w miniaturową czarną dziurę „, Said Sandora do Space.com.
Cząstka o 1019 masach protonów waży około 1 mikrograma. Dla porównania badania pokazują, że typowa komórka ludzka waży około 3,5 μg.
Geneza idei tych supermasywnych cząstek „zaczęła się od uczucia depresji, które, jak się wydaje, towarzyszy wszelkim wysiłkom zmierzającym do wytworzenia lub wykrycia UHF, a jednak nie przynosi żadnych zachęcających wskazówek” - powiedziała Sandora. „Nadal nie możemy wykluczyć skryptu UHRO”. Ale co roku pojawia się coraz więcej podejrzeń, że nie jesteśmy w stanie ich zauważyć. W rzeczywistości do tej pory nie było żadnych definitywnych wskazówek, że istnieje jakakolwiek nowa fizyka poza modelem standardowym w jakiejkolwiek dostępnej skali energetycznej, więc musieliśmy pomyśleć o ostatecznym limicie tego scenariusza. ” Ta ilustracja, zaczerpnięta z modelowania komputerowego, pokazuje rój skrzepów ciemnej materii wokół naszej Drogi Mlecznej.
Sandora i jego koledzy uważali swoje przypuszczenie za coś więcej niż ciekawość, ponieważ hipotetyczny masowy charakter cząstek oznacza, że żaden zderzacz cząstek na Ziemi nie może go wyprodukować i udowodnić (lub obalić) takiego istnienia.
Ale teraz naukowcy zasugerowali, że jeśli takie cząstki istnieją, wówczas oznaki ich istnienia można wykryć w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła. Jest to poświata Wielkiego Wybuchu, która stworzyła wszechświat około 13, 8 miliardów lat temu.
Obecnie dominującym poglądem w kosmologii jest to, że w kilka chwil po Wielkim Wybuchu Wszechświat urósł do gigantycznych rozmiarów. Ten olbrzymi zryw wzrostu, zwany inflacją, wygładzi kosmos, wyjaśniając, dlaczego teraz wygląda tak samo we wszystkich kierunkach.
Badania pokazują, że po zakończeniu inflacji pozostała energia podgrzała nowo narodzony wszechświat w epoce zwanej „odgrzewaniem”. Sandora i jego koledzy sugerują, że ekstremalne temperatury generowane przez ponowne nagrzewanie mogą wytwarzać dużą liczbę supermasywnych cząstek. To wystarczy, aby wyjaśnić grawitacyjne efekty ciemnej materii, które obecnie występują we Wszechświecie.
Jednakże, aby ten model działał, ciepło podczas ponownego podgrzewania musiałoby być znacznie wyższe niż to, co jest powszechnie przyjęte w modelach uniwersalnych. Cieplejsze podgrzewanie pozostawiłoby z kolei podpis w promieniowaniu reliktowym, które może wykryć następna generacja eksperymentów reliktowych. „Wszystko to wydarzy się w ciągu najbliższych kilku lat. Mamy nadzieję, że stanie się to w następnej dekadzie i nic więcej - powiedziała Sandora. Gdyby ciemna materia składała się z tych super ciężkich cząstek, takie odkrycie nie tylko rzuciłoby światło na naturę większości materii we Wszechświecie, ale także dałoby pełny obraz natury inflacji oraz tego, jak zaczęła się i zatrzymała. Są to rzeczy, które według naukowców są nadal bardzo niepewne.
Na przykład, jeśli ciemna materia składa się z tych bardzo ciężkich cząstek, które pokazują, że inflacja zachodziła przy bardzo wysokiej energii, to z kolei oznacza, że była w stanie wytwarzać nie tylko wahania temperatury we wczesnym Wszechświecie, ale także w jego przestrzeń i czas w postaci fal grawitacyjnych - powiedziała Sandora. „Po drugie, sugeruje to, że energia inflacji musiała bardzo szybko rozpaść się w materię, ponieważ gdyby zajęła więcej czasu, Wszechświat schłodził się do punktu, w którym nie byłby w stanie wytworzyć żadnych oddziałujących z Planckiem cząstek ciemnej materii w ogóle” .
