Ученые уверены, что в момент своего появления темная материя могла быть «невероятно горячей» и двигаться почти со скоростью света, а не холодной и медленной, как предполагалось на протяжении многих лет.
На протяжении более сорока лет исследователи считали, что в момент отделения от интенсивного излучения, заполнявшего молодую Вселенную, темная материя должна была быть холодной — этот процесс называется «вымораживанием». Холодная темная материя движется медленно, и именно это свойство считалось критически важным для формирования галактик и крупных космических структур.
По этой причине физики долго отвергали быстро движущиеся частицы в качестве кандидатов на роль темной материи — например, нейтрино, поскольку их высокие скорости, согласно существующим представлениям, должны были сглаживать распределение вещества в ранней Вселенной, препятствуя образованию галактик. «Простой кандидат на роль темной материи — легкий нейтрино — был исключен более 40 лет назад, так как он разрушал структуры галактического масштаба вместо того, чтобы создавать их», — объясняет Кит Олив, профессор Школы физики и астрономии Миннесотского университета.
Чтобы пересмотреть это предположение, исследовательская группа специалистов Миннесотского университета и Университета Париж-Сакле сосредоточилась на критическом, но малоизученном периоде космической истории — постинфляционном разогреве. Во время этой фазы Вселенная быстро заполнялась частицами после окончания космической инфляции. Ученые проанализировали, каким образом темная материя могла возникнуть в этот энергетический период и что это означало бы для ее дальнейшего поведения.
Результаты расчетов показали, что темная материя не обязательно должна была рождаться холодной. Ее частицы могли отделиться от остального вещества, оставаясь еще ультрарелятивистскими — чрезвычайно горячими, — и успеть замедлиться до того, как началось формирование галактик, так как у них было достаточно времени для этого по мере расширения Вселенной.
«Мы практически ничего не знаем о свойствах темной материи, — говорит Стивен Хенрих, аспирант и ведущий автор статьи. — В последние четыре десятилетия большинство специалистов считали, что при рождении в первичной Вселенной темная материя должна быть холодной. Наши результаты показывают, что это не так: она может быть раскаленной при рождении, так как до начала формирования галактик она все равно успеет остыть».
Теперь ученые намерены искать способы экспериментально подтвердить свои расчеты — с помощью коллайдеров, экспериментов по рассеянию или астрономических наблюдений. «Благодаря нашим открытиям мы, возможно, сможем заглянуть в период истории Вселенной, очень близкий к Большому взрыву», — отмечает Янн Мамбрини из Университета Париж-Сакле.
Фото: hi-tech.mail.ru