25.01.2016 | Наука

Ученые: количество темной материи во Вселенной может говорить о двух Больших взрывах

Считается, что тёмная материя – самый распространённый материал во Вселенной, хотя учёным никогда не удавалось увидеть непосредственно хоть каплю этого таинственного вещества.

Иллюстрация Brookhaven National Laboratory

Астрономы смогли лишь оценить, какой процент Вселенной состоит из тёмной материи: как оказалось, она значительно преобладает в пространстве над обычным веществом. Исследователи давно пытаются понять, чем можно объяснить её необычайную распространённость.

Новая теория также пытается объяснить, почему уровни тёмной материи во Вселенной столь высоки и не соответствуют предсказанным общепринятыми теориями. Её авторы предположили, что на загадочное вещество сильно повлиял "второй Большой взрыв", который, правда, был немного слабее первого, но также привёл к значительному расширению пространства. На самом деле, имело место лишь вторичное расширение, а "вторым Большим взрывом" гипотетическое событие окрестили журналисты. Но в такой непростой теме лучше разбираться со всем по порядку.

Согласно широко распространённой гипотезе, в самом начале своего существования Вселенная подверглась крайне быстрому расширению из очень горячей и очень плотной точки до более "прохладного" и гомогенного, продолжающего и сегодня расширяться полотна пространства-времени впечатляющих размеров. Первичный период экспоненциального расширения Вселенной занял доли секунды. Когда прошло примерно три минуты в новорождённой Вселенной начался синтез лёгких химических элементов (таких как водород и гелий).

Доктор Хуман Давудясл (Hooman Davoudiasl), физик-теоретик из Национальной лаборатории Брукхейвен, предположил, что где-то между этими этапами Вселенная подверглась второму периоду инфляции (расширения), примерно на секунду запоздавшему после первоначального. Это событие "разбросало" тёмную материю по пространству, значительно отдалив частицы тёмной материи друг от друга.

Давудясл считает, что в начале времён огромные температуры бушевали в небольшом объёме, однако по мере дальнейшего расширения Вселенная начала остывать, и аннигиляция частиц тёмной материи (самоуничтожение при встрече с выделением энергии) замедлилась. Впоследствии из-за расширения и охлаждения они уже не могли взаимодействовать так же часто, как и раньше, и в итоге все, кто не успел аннигилировать, "впечатались" в полотно пространства-времени.

Неясно, имело ли место второе расширение, но доктор Давудясл утверждает, что оно может объяснить именно то количество тёмной материи, что мы наблюдаем сегодня.

"Безусловно, наши выводы не вписываются в стандарты космологии, но стоит признать, что Вселенная не может существовать по стандартным законам, как предполагалось ранее, – комментирует учёный. – Однако не стоит строить и слишком сложных предположений. Мы показали, как простая модель может объяснить то количество тёмной материи, которое, как мы предполагаем, мы косвенно наблюдаем".

Считается, что тёмной материи в пять раз больше, чем нормальной материи во Вселенной. Первые намёки на существование тёмной материи астрономы получили, наблюдая за поведением галактик: их масса оказалась гораздо больше видимой. Учёные смогли оценить её, наблюдая за гравитационными эффектами, которые галактики оказывают на другие объекты, путешествующие по Вселенной.

Позднее физики получили несколько подсказок о том, что эта невидимая материя действительно существует. Тем не менее теоретики до сих пор не пришли к единому мнению по вопросу происхождения и эволюции тёмной материи.

"Фундаментальные теории могут объяснить многие явления, но не все и не всегда, – продолжает Давудясл. – Мы считаем, что второе расширение Вселенной не было столь масштабным и сильным, как первоначальное, однако оно привело к "разбавлению" тёмной материи. Тёмная материя очень слабо взаимодействует с чем-либо, поэтому значительная скорость аннигиляции не может сохраняться и при низких температурах. Аннигиляция тёмной материи достаточно рано в истории стала неэффективной, так что количество частиц тёмной материи в настоящее время неизменно и не увеличивается".

Возможно, со временем теорию группы Давудясла удастся проверить в ходе работы коллайдеров, так как они могут достигнуть необходимых энергий.

Статья учёных вышла в журнале Physical Review Letters.

По публикациям UkrNet