Темная материя могла образоваться до Большого взрыва
Темная материя, которую уже несколько десятков лет безуспешно ищут астрономы, могла зародиться до Большого взрыва — во время так называемой «инфляционной фазы» развития Вселенной. Что в какой-то мере объясняет, почему ее до сих пор не удается найти — ведь в этой модели она никогда не придет в равновесие с окружающей ее космической средой.
Большинству событий Большого взрыва, о которых известно науке — доминированию кварк-глюонной плазмы, аннигиляции лептон-антилептонных пар и образованию первых элементов — предшествовала бесконечно малая по продолжительности эпоха, называемая инфляционной. Она продлилась от 10 в минус 35-й степени до 10 в минус 32-й степени секунды и характеризовалась безудержным расширением Вселенной в экспоненциальной прогрессии (отсюда и название). Такая модель уже 45 лет назад позволяла изящно разрешить многие космологические загадки.
Одна проблема: неясно, что именно могло стать движущей силой этой инфляции. Придумано даже гипотетическое поле — инфлатон, соответствующее частице с нулевым спином. Но некоторые астрофизики осторожно предполагают, что инфляция могла иметь место еще перед Большим взрывом. В этом случае Вселенная была бы не бесконечно малой, а вполне определенных габаритов — около 10-26 метров в диаметре.
Что же касается темной материи, то большинство физиков-теоретиков полагает, что она образовалась уже после этого периода — в Электрослабую, Кварковую или Адронную эпохи. Но трое ученых из Техаса выдвинули альтернативную версию, согласно которой момент рождения этого непонятного вещества необходимо отодвинуть раньше во времени. Одним из плюсов данной гипотезы является то, что она объясняет, почему темная материя — холодная. Даже сама концепция получила полушутливое название: модель «замораживания».
Согласно ей, экзотическая форма вещества образовалась в ходе тесного взаимодействия с тепловой средой и с самых ранних времен находилась с ней в «химическом равновесии» (другими словами, концентрация обоих составляющих не меняется со временем). А вызвать состояние такого «подавленного взаимодействия» между темной материей и тепловой средой, по мнению физиков, мог несколько неожиданный механизм: «ультрафиолетовое замораживание».
«Уникальность нашей модели в том, что темная материя прекрасно формируется в инфляционной фазе. В большинстве [других] моделей все, что появляется в ходе инфляции, затем «сдувается» из-за сверхбыстрого расширения Вселенной, и в итоге не остаётся ничего», — подчеркнула Кэтрин Фриз, ведущий автор и директор Института теоретической физики Вайнберга.
Другими словами, команда ученых объединила обе концепции (существование инфляции до Большого взрыва и появление темной материи на этом раннем этапе), чтобы получить непротиворечивую картину. Согласно ей, инфлатон должен был потерять часть своей энергии в виде излучения. Именно оно, посредством «замораживания», и создало темные частицы. Разумеется, напрямую подобное предположение подтвердить невозможно. Но косвенные доказательства могут быть получены в ходе изучения космического микроволнового фона. Кроме того, громадными «коллайдерами» для поисков темной материи могут стать крупнейшие из скоплений галактик.
